JP6816805B2 - Vibrating elements, oscillators, oscillators, electronic devices and mobiles - Google Patents

Vibrating elements, oscillators, oscillators, electronic devices and mobiles Download PDF

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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。 The present invention relates to vibrating elements, oscillators, oscillators, electronic devices and mobile objects.

従来から、水晶を用いた振動素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような振動素子は、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信源などとして広く用いられている。
特許文献1に記載の振動素子は、音叉型をなしており、基部と、基部から延出する一対の振動腕とを有している。また、各振動腕には、その上面および下面に開放する一対の溝が形成されている。そのため、各振動腕は、略H型の横断面形状をなしている。振動腕をこのような形状とすることにより、熱弾性損失を低減することができ、優れた振動特性を発揮することができる。しかしながら、従来では、溝周辺の振動腕の形状(大きさを含む)については十分に研究がされていなかった。
Conventionally, a vibrating element using quartz has been known (see, for example, Patent Document 1). Such a vibrating element is widely used as a reference frequency source or a transmission source of various electronic devices because of its excellent frequency / temperature characteristics.
The vibrating element described in Patent Document 1 has a tuning fork shape, and has a base portion and a pair of vibrating arms extending from the base portion. Further, each vibrating arm is formed with a pair of grooves that open on the upper surface and the lower surface thereof. Therefore, each vibrating arm has a substantially H-shaped cross-sectional shape. By forming the vibrating arm in such a shape, the thermoelastic loss can be reduced and excellent vibration characteristics can be exhibited. However, conventionally, the shape (including the size) of the vibrating arm around the groove has not been sufficiently studied.

実開平2−32229号公報Square root extraction No. 2-322229

本発明の目的は、優れた振動特性を低消費電力で発揮することのできる振動素子、並びに、この振動素子を備える振動子、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 vibrating element capable of exhibiting excellent vibration characteristics with low power consumption, and an oscillator, an oscillator, an electronic device and a moving body including the vibrating element.

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]
本発明の振動素子は、第1の端部、及び平面視で前記第1の端部と反対側の第2の端部を含む基部と、
前記基部と一体的に設けられ、前記基部の前記第1の端部側において、前記基部から第1の方向に沿って延出し、前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って並んでいる一対の振動腕と、を含み、
各前記振動腕は、
腕部と、
前記腕部の前記基部側とは反対側に位置し、前記腕部よりも前記第2の方向に沿った長さが大きい広幅部と、を含み、
各前記振動腕は、
表裏の関係にある一対の主面と、
各前記主面に設けられている有底の溝と、を含み、
各前記腕部の前記主面において、前記第2の方向に沿って前記溝を挟んで並んでいる各部位の幅が6μm以下であることを特徴とする。
これにより、振動素子のQ値を比較的高く維持しつつ、等価直列抵抗R1(CI値)を十分に低くすることができる。結果として、優れた振動特性を低消費電力で発揮することのできる振動素子を得ることができる。
The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following application example.
[Application example 1]
The vibrating element of the present invention includes a first end portion and a base portion including a second end portion opposite to the first end portion in a plan view.
It is provided integrally with the base portion, extends from the base portion along the first direction on the first end side side of the base portion, and is arranged along a second direction orthogonal to the first direction. Including a pair of vibrating arms
Each of the vibrating arms
With the arm
Includes a wide portion of the arm that is located on the opposite side of the base from the base and that is longer than the arm in the second direction.
Each of the vibrating arms
A pair of main surfaces that are in a front-to-back relationship,
Including a bottomed groove provided on each of the main surfaces,
The main surface of each of the arms is characterized in that the width of each portion arranged with the groove in between along the second direction is 6 μm or less.
As a result, the equivalent series resistance R1 (CI value) can be sufficiently lowered while maintaining the Q value of the vibrating element relatively high. As a result, it is possible to obtain a vibration element capable of exhibiting excellent vibration characteristics with low power consumption.

[適用例2]
本発明の振動素子では、前記幅が1μm以上3μm以下であることが好ましい。
これにより、振動素子のR1(CI値)をより小さくすることができ、より低消費電力で振動素子を駆動することができる。
[適用例3]
本発明の振動素子では、前記溝の最大深さをt[μm]、
前記振動腕の厚さをT[μm]としたとき、
2t/Tで表されるηが0.6以上であることが好ましい。
これにより、駆動用電極の形成面積を大きくすることができるため、振動素子のR1(CI値)をより小さくすることができ、より低消費電力で振動素子を得ることができる。
[適用例4]
本発明の振動素子では、前記振動腕の厚さが50μm以上であることが好ましい。
これにより、振動素子のR1をより小さくすることができる。
[Application example 2]
In the vibrating element of the present invention, the width is preferably 1 μm or more and 3 μm or less.
As a result, the R1 (CI value) of the vibrating element can be made smaller, and the vibrating element can be driven with lower power consumption.
[Application example 3]
In the vibrating element of the present invention, the maximum depth of the groove is t [μm].
When the thickness of the vibrating arm is T [μm],
It is preferable that η represented by 2t / T is 0.6 or more.
As a result, the forming area of the driving electrode can be increased, so that the R1 (CI value) of the vibrating element can be made smaller, and the vibrating element can be obtained with lower power consumption.
[Application example 4]
In the vibrating element of the present invention, the thickness of the vibrating arm is preferably 50 μm or more.
Thereby, R1 of the vibrating element can be made smaller.

[適用例5]
本発明の振動素子では、前記基部を支持している支持部を含むことが好ましい。
これにより、振動素子の振動漏れをより効果的に低減することができる。
[適用例6]
本発明の振動素子では、前記支持部は、前記一対の振動腕の間において、前記基部から前記第1の方向に沿って延出している支持腕を含むことが好ましい。
これにより、振動素子の振動漏れをより効果的に低減することができる。
[Application example 5]
The vibrating element of the present invention preferably includes a support portion that supports the base portion.
Thereby, the vibration leakage of the vibrating element can be reduced more effectively.
[Application example 6]
In the vibrating element of the present invention, the support portion preferably includes a support arm extending from the base portion along the first direction between the pair of vibrating arms.
Thereby, the vibration leakage of the vibrating element can be reduced more effectively.

[適用例7]
本発明の振動素子では、前記支持部は、前記基部の前記第2の端部側において、前記基部から延出している支持腕を含むことが好ましい。
これにより、振動素子の振動漏れをより効果的に低減することができる。また、振動腕同士の間に支持腕を設ける必要がないので、振動素子の第2の方向に沿った長さ(幅)を小さくすることができる。
[Application 7]
In the vibrating element of the present invention, the support portion preferably includes a support arm extending from the base portion on the second end side of the base portion.
Thereby, the vibration leakage of the vibrating element can be reduced more effectively. Further, since it is not necessary to provide a support arm between the vibrating arms, the length (width) of the vibrating element along the second direction can be reduced.

[適用例8]
本発明の振動素子では、前記支持部は、少なくとも前記基部、前記振動腕および前記支持腕を取り囲み、前記支持腕と連結している枠体を含むことが好ましい。
これにより、振動素子を枠体を介して、例えば、パッケージのベースに精度良く固定することができる。そのため、振動素子のサイズを大きくすることができ、結果として、そのR1をより小さくすることができる。
[Application Example 8]
In the vibrating element of the present invention, the support portion preferably includes at least the base portion, the vibrating arm, and a frame body that surrounds the vibrating arm and is connected to the support arm.
As a result, the vibrating element can be accurately fixed to, for example, the base of the package via the frame. Therefore, the size of the vibrating element can be increased, and as a result, its R1 can be made smaller.

[適用例9]
本発明の振動素子では、前記支持部は、少なくとも前記基部および前記振動腕を取り囲んでいる枠体を含むことが好ましい。
これにより、振動素子を枠体を介して、例えば、パッケージのベースに精度良く固定することができる。そのため、振動素子のサイズを大きくすることができ、結果として、そのR1をより小さくすることができる。
[Application 9]
In the vibrating element of the present invention, the support portion preferably includes at least the base portion and a frame body surrounding the vibrating arm.
As a result, the vibrating element can be accurately fixed to, for example, the base of the package via the frame. Therefore, the size of the vibrating element can be increased, and as a result, its R1 can be made smaller.

[適用例10]
本発明の振動素子では、前記基部は、前記第1の端部側および前記第2の端部側の少なくとも一方に、前記第2の方向に沿った長さが、前記一対の振動腕の間の中心線に沿って、前記基部の中央から離れるに従って連続的または段階的に小さくなっている縮幅部を含むことが好ましい。
基部が縮幅部を有することにより、振動素子の振動漏れを効果的に抑制することができる。
[Application Example 10]
In the vibrating element of the present invention, the base portion has a length along the second direction between the pair of vibrating arms on at least one of the first end side and the second end side. It is preferable to include a narrowed portion that is continuously or gradually reduced toward the center of the base along the center line of the base.
Since the base portion has a narrowed width portion, vibration leakage of the vibrating element can be effectively suppressed.

[適用例11]
本発明の振動子は、本発明の振動素子と、
前記振動素子が搭載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。
[Application Example 11]
The oscillator of the present invention includes the vibrating element of the present invention and
It is characterized by including a package in which the vibrating element is mounted.
As a result, a highly reliable oscillator can be obtained.

[適用例12]
本発明の発振器は、本発明の振動素子と、
発振回路と、を含むことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い発振器が得られる。
[Application 12]
The oscillator of the present invention includes the vibrating element of the present invention and
It is characterized by including an oscillation circuit.
As a result, a highly reliable oscillator can be obtained.

[適用例13]
本発明の電子機器は、本発明の振動素子を含むことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
[適用例14]
本発明の移動体は、本発明の振動素子を含むことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
[Application 13]
The electronic device of the present invention is characterized by including the vibrating element of the present invention.
As a result, a highly reliable electronic device can be obtained.
[Application 14]
The moving body of the present invention is characterized by including the vibrating element of the present invention.
As a result, a highly reliable moving body can be obtained.

本発明の第1実施形態にかかる振動子の平面図である。It is a top view of the oscillator which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1中のA−A線断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 振動漏れ低減の原理を説明する平面図である。It is a top view explaining the principle of vibration leakage reduction. 図1中のB−B線断面図である。It is sectional drawing BB in FIG. 屈曲振動時の熱伝導について説明する振動腕の断面図である。It is sectional drawing of the vibrating arm explaining the heat conduction at the time of bending vibration. Q値とf/fmの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a Q value and f / fm. ウェットエッチングにより形成された振動腕を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the vibrating arm formed by the wet etching. W3とQ値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between W3 and Q value. W3と1/R1との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between W3 and 1 / R1. 本発明の第2実施形態にかかる振動子が有する振動素子の平面図である。It is a top view of the vibrating element which the oscillator which concerns on 2nd Embodiment of this invention has. 本発明の第3実施形態にかかる振動子の平面図である。It is a top view of the oscillator which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図11中のC−C線断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 本発明の第4実施形態にかかる振動子が有する振動素子の平面図である。It is a top view of the vibrating element which the oscillator which concerns on 4th Embodiment of this invention has. 本発明の発振器の好適な実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the preferable embodiment of the oscillator of this invention. 本発明の振動素子を備える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。It is a perspective view which shows the structure of the mobile type (or notebook type) personal computer which applied the electronic device provided with the vibrating element of this invention. 本発明の振動素子を備える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。It is a perspective view which shows the structure of the mobile phone (including PHS) to which the electronic device provided with the vibration element of this invention is applied. 本発明の振動素子を備える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。It is a perspective view which shows the structure of the digital still camera to which the electronic device provided with the vibrating element of this invention is applied. 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。It is a perspective view which shows typically the automobile as an example of the moving body of this invention.

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。
まず、本発明の振動素子を適用した振動子(本発明の振動子)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子の平面図、図2は、図1中のA−A線断面図、図3は、振動漏れ低減の原理を説明する平面図、図4は、図1中のB−B線断面図、図5は、屈曲振動時の熱伝導について説明する振動腕の断面図、図6は、Q値とf/fmの関係を示すグラフ、図7は、ウェットエッチングにより形成された振動腕を示す断面図、図8は、W3とQ値との関係を示すグラフ、図9は、W3と1/R1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1に示すように、互いに直交する3軸をX軸(水晶の電気軸)、Y軸(水晶の機械軸)およびZ軸(水晶の光学軸)とする。
Hereinafter, the vibrating element, the oscillator, the oscillator, the electronic device, and the moving body of the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the drawings.
First, an oscillator to which the vibrating element of the present invention is applied (the oscillator of the present invention) will be described.

<First Embodiment>
1 is a plan view of the vibrator according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view and a view for explaining the principle of vibration leakage reduction. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1, FIG. 5 is a cross-sectional view of a vibrating arm for explaining heat conduction during bending vibration, and FIG. 6 is a graph and a diagram showing the relationship between the Q value and f / fm. 7 is a cross-sectional view showing a vibrating arm formed by wet etching, FIG. 8 is a graph showing the relationship between W3 and the Q value, and FIG. 9 is a graph showing the relationship between W3 and 1 / R1. In the following, for convenience of explanation, as shown in FIG. 1, three axes orthogonal to each other are referred to as an X axis (electric crystal axis), a Y axis (mechanical axis of crystal), and a Z axis (optical axis of crystal). ..

1.振動子
図1および図2に示す振動子1は、振動素子2(本発明の振動素子)と、振動素子2を収納するパッケージ9とを有している。以下、振動素子2およびパッケージ9について、順次詳細に説明する。
(振動素子2)
図1、図2および図4に示すように、振動素子2は、水晶基板3と、水晶基板3上に形成された第1、第2駆動用電極84、85とを有している。なお、図1および図2では、説明の便宜上、第1、第2駆動用電極84、85の図示を省略している。
水晶基板3は、Zカット水晶板で構成されている。これにより、振動素子2は、優れた振動特性を発揮することができる。Zカット水晶板とは、Z軸を厚さ方向とする水晶基板である。なお、Z軸は、水晶基板3の厚さ方向と一致しているのが好ましいが、常温近傍における周波数温度変化を小さくする観点から、厚さ方向に対して若干傾けてもよい。
1. 1. Oscillator The oscillator 1 shown in FIGS. 1 and 2 has a vibrating element 2 (vibrating element of the present invention) and a package 9 for accommodating the vibrating element 2. Hereinafter, the vibrating element 2 and the package 9 will be described in detail in order.
(Vibration element 2)
As shown in FIGS. 1, 2 and 4, the vibrating element 2 has a crystal substrate 3 and first and second drive electrodes 84 and 85 formed on the crystal substrate 3. Note that in FIGS. 1 and 2, for convenience of explanation, the first and second drive electrodes 84 and 85 are not shown.
The crystal substrate 3 is composed of a Z-cut crystal plate. As a result, the vibrating element 2 can exhibit excellent vibration characteristics. The Z-cut quartz plate is a quartz substrate whose thickness direction is the Z axis. The Z-axis preferably coincides with the thickness direction of the crystal substrate 3, but may be slightly tilted with respect to the thickness direction from the viewpoint of reducing the frequency temperature change in the vicinity of room temperature.

すなわち、傾ける角度をθ度(−5度≦θ≦15度)とした場合、前記水晶の電気軸としてのX軸、機械軸としてのY軸、光学軸としてのZ軸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θ度傾けた軸を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θ度傾けた軸をY’軸としとき、Z’軸に沿った方向を厚さとし、X軸とY’軸を含む面を主面とする水晶基板3となる。 That is, when the tilt angle is θ degree (-5 degrees ≤ θ ≤ 15 degrees), the Cartesian coordinate system including the X axis as the electric axis of the crystal, the Y axis as the mechanical axis, and the Z axis as the optical axis. With the X-axis as the rotation axis, the Z-axis is tilted by θ degrees so that the + Z side rotates in the −Y direction of the Y-axis, and the Y-axis rotates in the + Z direction of the Z-axis. When the axis tilted by θ degrees is defined as the Y'axis, the thickness is the direction along the Z'axis, and the crystal substrate 3 has a surface including the X axis and the Y'axis as the main surface.

図1に示すように、水晶基板3は、基部4と、基部4の先端(第1の端部)側において、基部4から延出する一対の振動腕5、6と、振動腕5、6の間において、これらと同じ側に基部4から延出する支持腕(支持部)71とを有している。したがって、基部4と、振動腕5、6と、支持腕71とは、一体的に形成されている。
基部4は、XY平面に広がりを有し、Z軸方向に厚さを有する板状をなしている。基部4は、振動腕5、6を支持・連結する部分(本体部41)と、振動漏れを低減する縮幅部42とを有している。
As shown in FIG. 1, the crystal substrate 3 has a base 4, a pair of vibrating arms 5, 6 extending from the base 4 and vibrating arms 5, 6 on the tip (first end) side of the base 4. A support arm (support portion) 71 extending from the base 4 is provided on the same side as these. Therefore, the base 4, the vibrating arms 5 and 6, and the support arm 71 are integrally formed.
The base portion 4 has a plate shape having an extension in the XY plane and a thickness in the Z-axis direction. The base portion 4 has a portion (main body portion 41) that supports and connects the vibrating arms 5 and 6 and a narrowed width portion 42 that reduces vibration leakage.

縮幅部42は、本体部41の基端(第2の端部)側、すなわち、振動腕5、6が延出している側とは反対側に設けられている。また、縮幅部42は、その幅(X軸方向に沿った長さ)が、振動腕5、6の間の中心線C1に沿って、振動腕5、6から、すなわち、基部4の中央(本体部41)から離れるに従い漸減し、その輪郭(縁部)がアーチ状(円弧状)をなしている。このような縮幅部42を有することにより、振動素子2の振動漏れを効果的に抑制することができる。 The narrowed width portion 42 is provided on the base end (second end portion) side of the main body portion 41, that is, on the side opposite to the side on which the vibrating arms 5 and 6 extend. Further, the width of the narrowed portion 42 (length along the X-axis direction) is along the center line C1 between the vibrating arms 5 and 6 from the vibrating arms 5 and 6, that is, the center of the base 4. It gradually decreases as it moves away from (main body 41), and its contour (edge) is arched (arc-shaped). By having such a narrowing portion 42, it is possible to effectively suppress the vibration leakage of the vibrating element 2.

具体的に説明すると次のようになる。なお、説明を簡単にするために、振動素子2の形状は、Y軸に平行な所定の軸(中心線C1)に対して対称であるとする。
まず、図3(a)に示すように、縮幅部42が設けられていない場合について説明する。振動腕5、6が互いに離間するように屈曲変形した場合、振動腕5が接続されている付近の本体部41では、矢印で示したように時計回りの回転運動に近い変位が発生し、振動腕6が接続されている付近の本体部41では、矢印で示したように反時計回りの回転運動に近い変位が発生する(ただし、厳密には回転運動ということができるような運動ではないため、便宜的に「回転運動に近い」とする)。
The specific explanation is as follows. For the sake of simplicity, it is assumed that the shape of the vibrating element 2 is symmetrical with respect to a predetermined axis (center line C1) parallel to the Y axis.
First, as shown in FIG. 3A, a case where the narrowed width portion 42 is not provided will be described. When the vibrating arms 5 and 6 are bent and deformed so as to be separated from each other, a displacement close to a clockwise rotational motion occurs in the main body 41 near the connection of the vibrating arms 5, and vibration occurs. In the main body 41 near where the arm 6 is connected, a displacement close to a counterclockwise rotational motion occurs as shown by the arrow (however, since it is not a motion that can be called a rotational motion in a strict sense). , For the sake of convenience, "close to rotary motion").

これらの変位のX軸方向成分は、互いに反対方向を向いているから、本体部41のX軸方向中央部において相殺され、+Y軸方向の変位が残ることになる(ただし、厳密にはZ軸方向の変位も残るが、ここでは省略する)。すなわち、本体部41は、X軸方向中央部が+Y軸方向に変位するような屈曲変形をする。この+Y軸方向の変位を有する本体部41からは支持腕71が延びており、支持腕71は+Y軸方向の変位を有する運動を行うことになるため、支持腕71に接着剤を形成し、接着剤を介してパッケージに固定すると、+Y軸方向変位に随伴する弾性エネルギーが接着剤を介して外部に漏洩する。これが振動漏れという損失であり、Q値の劣化の原因となり、結果としてCI値の劣化となる。 Since the X-axis direction components of these displacements are oriented in opposite directions, they cancel each other out at the center of the main body 41 in the X-axis direction, and the displacement in the + Y-axis direction remains (however, strictly speaking, the Z-axis). The displacement in the direction remains, but it is omitted here). That is, the main body 41 is bent and deformed so that the central portion in the X-axis direction is displaced in the + Y-axis direction. Since the support arm 71 extends from the main body 41 having the displacement in the + Y axis direction and the support arm 71 performs the movement having the displacement in the + Y axis direction, an adhesive is formed on the support arm 71. When fixed to the package via an adhesive, the elastic energy associated with the + Y-axis displacement leaks to the outside via the adhesive. This is a loss called vibration leakage, which causes deterioration of the Q value, resulting in deterioration of the CI value.

これに対して、図3(b)に示すように、縮幅部42が設けられている場合では、縮幅部42がアーチ状(曲線状)の輪郭を有しているため、上述した回転運動に近い変位は、縮幅部42において互いにつっかえることになる。すなわち、縮幅部42のX軸方向中央部においては、本体部41のX軸方向中央部と同様にX軸方向の変位が相殺され、それと共に、Y軸方向の変位が抑制されることになる。さらに、縮幅部42の輪郭がアーチ状であるから、本体部41で発生しようとする+Y軸方向の変位をも抑制することになる。この結果、縮幅部42が設けられた場合の基部4のX軸方向中央部の+Y軸方向の変位は、縮幅部42が設けられていない場合に比べて遥かに小さくなる。即ち、振動漏れの小さい振動素子を得ることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the narrowed width portion 42 is provided, the narrowed width portion 42 has an arch-shaped (curved) contour, so that the rotation described above is performed. Displacements close to motion will stagger each other at the narrowed portion 42. That is, in the central portion in the X-axis direction of the narrowed width portion 42, the displacement in the X-axis direction is canceled as in the central portion in the X-axis direction of the main body portion 41, and at the same time, the displacement in the Y-axis direction is suppressed. Become. Further, since the contour of the narrowed width portion 42 is arched, the displacement in the + Y axis direction that is likely to occur in the main body portion 41 is also suppressed. As a result, the displacement of the central portion in the X-axis direction of the base portion 4 in the + Y-axis direction when the narrowed width portion 42 is provided is much smaller than that when the narrowed width portion 42 is not provided. That is, it is possible to obtain a vibration element having a small vibration leakage.

なお、ここでは縮幅部42の輪郭がアーチ状をしているが、上述のような作用を呈するものであればこれに限るものではない。例えば、平面視で幅が中心線C1に沿って段階的に小さくなり、輪郭が複数の直線によって段差状(階段状)に形成されている縮幅部、平面視で幅が中心線C1に沿って直線的(連続的)に小さくなり、輪郭が2本の直線によって山状(三角形状)に形成されている縮幅部、平面視で幅が中心線C1に沿って直線的(連続的)に小さくなり、輪郭が3本以上の直線によって形成されている縮幅部等であってもよい。 Here, the contour of the narrowed portion 42 has an arch shape, but the present invention is not limited to this as long as it exhibits the above-mentioned action. For example, in a plan view, the width gradually decreases along the center line C1, and the contour is formed in a stepped shape (step shape) by a plurality of straight lines. In a plan view, the width is along the center line C1. It becomes smaller linearly (continuously), and the contour is formed in a mountain shape (triangular shape) by two straight lines, and the width is linear (continuous) along the center line C1 in a plan view. It may be a narrowed portion or the like that becomes smaller and has a contour formed by three or more straight lines.

振動腕5、6は、X軸方向(第2の方向)に並び、かつ、互いに平行となるように基部4の先端からY軸方向(第1の方向)に沿って延出している。これらの振動腕5、6は、それぞれ、長手形状をなし、その基端が固定端となり、先端が自由端となる。また、振動腕5、6は、それぞれ、腕部51、61と、腕部51、61の先端(基部4と反対側)に設けられ、XY平面視にて略矩形状のハンマーヘッド(腕部51、61よりもX軸方向に沿った長さが大きい広幅部)59、69とを有している。 The vibrating arms 5 and 6 are aligned in the X-axis direction (second direction) and extend from the tip of the base 4 along the Y-axis direction (first direction) so as to be parallel to each other. Each of these vibrating arms 5 and 6 has a longitudinal shape, the base end thereof is a fixed end, and the tip end is a free end. Further, the vibrating arms 5 and 6 are provided at the arm portions 51 and 61 and the tips of the arm portions 51 and 61 (opposite to the base portion 4), respectively, and have a substantially rectangular hammer head (arm portion) in an XY plan view. Wide portions) 59 and 69 having a length longer along the X-axis direction than 51 and 61.

図4に示すように、腕部51は、XY平面で構成された一対の主面511、512と、YZ平面で構成され、一対の主面511、512を接続する一対の側面513、514とを有している。また、腕部51には、主面511に開放する有底の溝52と、主面512に開放する有底の溝53とを有している。各溝52、53は、Y軸方向に延在し、先端が腕部51とハンマーヘッド59との境界部に位置し、基端が基部4に位置している。このような腕部51は、溝52、53が形成されている部分では、略H型の横断面形状をなしている。 As shown in FIG. 4, the arm portion 51 includes a pair of main surfaces 511 and 512 formed of an XY plane and a pair of side surfaces 513 and 514 formed of a YZ plane and connecting the pair of main surfaces 511 and 512. have. Further, the arm portion 51 has a bottomed groove 52 that opens to the main surface 511 and a bottomed groove 53 that opens to the main surface 512. Each of the grooves 52 and 53 extends in the Y-axis direction, the tip is located at the boundary between the arm 51 and the hammer head 59, and the base end is located at the base 4. Such an arm portion 51 has a substantially H-shaped cross-sectional shape at a portion where the grooves 52 and 53 are formed.

このように、振動腕5に溝52、53を形成することによって、熱弾性損失の低減を図ることができ、優れた振動特性を発揮することができる(後に詳述する)。溝52、53の長さは限定されるものではなく、本実施形態のように、各溝52、53の先端が腕部51とハンマーヘッド59との境界部に位置してもよいが、各溝52、53の先端がハンマーヘッド59まで延びるように構成すると、各溝52、53の先端周辺で発生する応力集中が緩和されるから、衝撃が加わった際に発生する折れや欠けの虞が減少する。あるいは、各溝52、53の先端が本実施形態よりも基部側に位置するように構成すると、腕部51とハンマーヘッド59の境界付近で発生する応力集中が緩和されるから、衝撃が加わった際に発生する折れや欠けの虞が減少する。 By forming the grooves 52 and 53 in the vibrating arm 5 in this way, the thermoelastic loss can be reduced and excellent vibration characteristics can be exhibited (described in detail later). The lengths of the grooves 52 and 53 are not limited, and the tips of the grooves 52 and 53 may be located at the boundary between the arm portion 51 and the hammer head 59 as in the present embodiment. If the tips of the grooves 52 and 53 are configured to extend to the hammer head 59, the stress concentration generated around the tips of the grooves 52 and 53 is relaxed, so that there is a risk of breakage or chipping that occurs when an impact is applied. Decrease. Alternatively, if the tips of the grooves 52 and 53 are located closer to the base than in the present embodiment, the stress concentration generated near the boundary between the arm 51 and the hammer head 59 is relaxed, so that an impact is applied. The risk of breakage or chipping that occurs at the time is reduced.

また、各溝52、53の基端が基部4まで延びていることによって、これらの境界部での応力集中が緩和される。そのため、衝撃が加わった際に発生する折れや欠けの虞が減少する。あるいは、各溝52、53の基端が基部4と腕部51の境界よりもY軸方向(振動腕5の延びる方向)に位置するように構成すると、基部4と腕部51の境界付近で発生する応力集中が緩和されるため、衝撃が加わった際に発生する折れや欠けの虞が減少する。 Further, since the base ends of the grooves 52 and 53 extend to the base portion 4, the stress concentration at the boundary portion thereof is relaxed. Therefore, the risk of breakage or chipping that occurs when an impact is applied is reduced. Alternatively, if the base ends of the grooves 52 and 53 are located in the Y-axis direction (the direction in which the vibrating arm 5 extends) from the boundary between the base 4 and the arm 51, near the boundary between the base 4 and the arm 51. Since the stress concentration that occurs is alleviated, the risk of breakage or chipping that occurs when an impact is applied is reduced.

なお、溝52、53は振動腕5の断面重心が振動腕5の断面形状の中心と一致するように、振動腕5の位置に対して溝52、53の位置をX軸方向に調整して形成されているのが好ましい。こうすることによって、振動腕5の不要な振動(具体的には、面外方向成分を有する斜め振動)を低減するので、振動漏れを低減することができる。また,この場合、余計な振動が発生してしまうことを低減することになるので、相対的に駆動領域が増大してCI値を小さくすることができる。
また、ハンマーヘッド59のX軸方向中心を振動腕5のX軸方向中心から多少ずらしておくとよい。こうすることによって、屈曲振動時に振動腕5が捩れることによって生じてしまう基部4のZ軸方向の振動を低減することができるので、振動漏れを抑制することができる。
In the grooves 52 and 53, the positions of the grooves 52 and 53 are adjusted in the X-axis direction with respect to the position of the vibrating arm 5 so that the center of gravity of the cross section of the vibrating arm 5 coincides with the center of the cross-sectional shape of the vibrating arm 5. It is preferably formed. By doing so, unnecessary vibration of the vibrating arm 5 (specifically, oblique vibration having an out-of-plane component) is reduced, so that vibration leakage can be reduced. Further, in this case, since it is possible to reduce the occurrence of unnecessary vibration, the drive region can be relatively increased and the CI value can be reduced.
Further, it is preferable that the center of the hammer head 59 in the X-axis direction is slightly deviated from the center of the vibrating arm 5 in the X-axis direction. By doing so, it is possible to reduce the vibration of the base portion 4 in the Z-axis direction caused by the vibrating arm 5 twisting during bending vibration, so that vibration leakage can be suppressed.

以上、振動腕5について説明した。振動腕6は、振動腕5と同様の構成である。すなわち、腕部61は、XY平面で構成された一対の主面611、612と、YZ平面で構成され、一対の主面611、612を接続する一対の側面613、614とを有している。また、腕部61は、主面611に開放する有底の溝62と、主面612に開放する有底の溝63とを有している。各溝62、63は、Y軸方向に延在し、先端が腕部61とハンマーヘッド69との境界部に位置し、基端が基部4に位置している。このような腕部61は、溝62、63が形成されている部分では、略H型の横断面形状をなしている。
また、ハンマーヘッド69のX軸方向中心を振動腕6のX軸方向中心から多少ずらしておくとよい。こうすることによって、屈曲振動時に振動腕6が捩れることによって生じてしまう基部4のZ軸方向の振動を低減することができるので、振動漏れを抑制することができる。
The vibrating arm 5 has been described above. The vibrating arm 6 has the same configuration as the vibrating arm 5. That is, the arm portion 61 has a pair of main surfaces 611 and 612 formed of an XY plane and a pair of side surfaces 613 and 614 formed of a YZ plane and connecting the pair of main surfaces 611 and 612. .. Further, the arm portion 61 has a bottomed groove 62 that opens to the main surface 611 and a bottomed groove 63 that opens to the main surface 612. Each of the grooves 62 and 63 extends in the Y-axis direction, the tip thereof is located at the boundary between the arm portion 61 and the hammer head 69, and the base end is located at the base portion 4. Such an arm portion 61 has a substantially H-shaped cross-sectional shape at a portion where the grooves 62 and 63 are formed.
Further, it is preferable to slightly shift the center of the hammer head 69 in the X-axis direction from the center of the vibrating arm 6 in the X-axis direction. By doing so, it is possible to reduce the vibration of the base portion 4 in the Z-axis direction caused by the vibrating arm 6 twisting during bending vibration, so that vibration leakage can be suppressed.

図4に示すように、振動腕5には、一対の第1駆動用電極84と一対の第2駆動用電極85とが形成されている。具体的には、第1駆動用電極84の一方は、溝52の内面(側面)に形成されており、他方は、溝53の内面(側面)に形成されている。また、第2駆動用電極85の一方は、側面513に形成されており、他方は、側面514に形成されている。同様に、振動腕6にも、一対の第1駆動用電極84と一対の第2駆動用電極85とが形成されている。具体的には、第1駆動用電極84の一方は、側面613に形成されており、他方は、側面614に形成されている。また、第2駆動用電極85の一方は、溝62の内面(側面)に形成されており、他方は、溝63の内面(側面)に形成されている。
これらの第1、第2駆動用電極84、85の間に交番電圧を印加すると、振動腕5、6が互いに接近、離間を繰り返すように面内方向(XY平面方向)に所定の周波数で振動する。
As shown in FIG. 4, the vibrating arm 5 is formed with a pair of first drive electrodes 84 and a pair of second drive electrodes 85. Specifically, one of the first driving electrodes 84 is formed on the inner surface (side surface) of the groove 52, and the other is formed on the inner surface (side surface) of the groove 53. Further, one of the second driving electrodes 85 is formed on the side surface 513, and the other is formed on the side surface 514. Similarly, the vibrating arm 6 is also formed with a pair of first drive electrodes 84 and a pair of second drive electrodes 85. Specifically, one of the first driving electrodes 84 is formed on the side surface 613, and the other is formed on the side surface 614. Further, one of the second driving electrodes 85 is formed on the inner surface (side surface) of the groove 62, and the other is formed on the inner surface (side surface) of the groove 63.
When an alternating voltage is applied between these first and second drive electrodes 84 and 85, the vibrating arms 5 and 6 vibrate at a predetermined frequency in the in-plane direction (XY plane direction) so as to repeatedly approach and separate from each other. To do.

第1、第2駆動用電極84、85の構成としては、特に限定されず、金(Au)、金合金、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、銀(Ag)、銀合金、クロム(Cr)、クロム合金、ニッケル(Ni)、ニッケル合金、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)等の金属材料、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電材料により形成することができる。 The configurations of the first and second drive electrodes 84 and 85 are not particularly limited, and gold (Au), gold alloy, platinum (Pt), aluminum (Al), aluminum alloy, silver (Ag), silver alloy, etc. Chromium (Cr), Chromium alloy, Nickel (Ni), Nickel alloy, Copper (Cu), Molybdenum (Mo), Niob (Nb), Tungsten (W), Iron (Fe), Titanium (Ti), Cobalt (Co) , Zinc (Zn), Zirconium (Zr) and other metal materials, and indium tin oxide (ITO) and other conductive materials.

第1、第2駆動用電極84、85の具体的な構成としては、例えば、700Å以下のCr層上に700Å以下のAu層を形成した構成とすることができる。特に、CrやAuは熱弾性損失が大きいので、Cr層、Au層は、好ましくは200Å以下とされる。また、絶縁破壊耐性を高くする場合には、Cr層、Au層は、好ましくは1000Å以上とされる。さらに、Niは、水晶の熱膨張係数に近いので、Cr層に替えてNi層を下地にすることで、電極に起因する熱応力を減少させ、長期信頼性(エージング特性)の良い振動素子2を得ることができる。 As a specific configuration of the first and second drive electrodes 84 and 85, for example, an Au layer of 700 Å or less may be formed on a Cr layer of 700 Å or less. In particular, since Cr and Au have a large thermoelastic loss, the Cr layer and Au layer are preferably 200 Å or less. When increasing the dielectric breakdown resistance, the Cr layer and Au layer are preferably 1000 Å or more. Furthermore, since Ni is close to the coefficient of thermal expansion of quartz, by using a Ni layer as a base instead of the Cr layer, the thermal stress caused by the electrodes can be reduced, and the vibrating element 2 with good long-term reliability (aging characteristics) can be used. Can be obtained.

上述したように、振動素子2では、振動腕5、6に溝52、53、62、63を形成することによって、熱弾性損失の低減を図っている。以下、このことについて、振動腕5を例にして具体的に説明する。
振動腕5は、前述したように、第1、第2駆動用電極84、85間に交番電圧を印加することにより面内方向に屈曲振動する。図5に示すように、この屈曲振動の際、腕部51の側面513が収縮すると側面514が伸張し、反対に、側面513が伸張すると側面514が収縮する。振動腕5がGough−Joule効果を発生しない(エネルギー弾性がエントロピー弾性に対して支配的な)場合、側面513、514のうち、収縮する面側の温度は上昇し、伸張する面側の温度は下降するため、側面513と側面514との間、つまり腕部51の内部に温度差が発生する。このような温度差から生じる熱伝導によって振動エネルギーの損失が発生し、これにより振動素子2のQ値が低下する。このようなQ値の低下に伴うエネルギーの損失を熱弾性損失と言う。
As described above, in the vibrating element 2, the thermoelastic loss is reduced by forming the grooves 52, 53, 62, 63 in the vibrating arms 5 and 6. Hereinafter, this will be specifically described by taking the vibrating arm 5 as an example.
As described above, the vibrating arm 5 bends and vibrates in the in-plane direction by applying an alternating voltage between the first and second driving electrodes 84 and 85. As shown in FIG. 5, during this bending vibration, when the side surface 513 of the arm 51 contracts, the side surface 514 expands, and conversely, when the side surface 513 expands, the side surface 514 contracts. When the vibrating arm 5 does not generate the Gough-Joule effect (energy elasticity is dominant over entropy elasticity), the temperature of the contracting surface side of the side surfaces 513 and 514 rises, and the temperature of the extending surface side increases. Since it descends, a temperature difference occurs between the side surface 513 and the side surface 514, that is, inside the arm portion 51. The heat conduction caused by such a temperature difference causes a loss of vibration energy, which lowers the Q value of the vibration element 2. The energy loss associated with such a decrease in the Q value is called thermoelastic loss.

振動素子2のような構成の屈曲振動モードで振動する振動素子において、振動腕5の屈曲振動周波数(機械的屈曲振動周波数)fが変化したとき、振動腕5の屈曲振動周波数が熱緩和周波数fmと一致するときにQ値が最小となる。この熱緩和周波数fmは、fm=1/(2πτ)で求めることができる(ただし、式中πは円周率であり、eをネイピア数とすれば、τは温度差が熱伝導によりe-1倍になるのに要する緩和時間である)。 In a vibrating element that vibrates in a bending vibration mode having a configuration like the vibrating element 2, when the bending vibration frequency (mechanical bending vibration frequency) f of the vibrating arm 5 changes, the bending vibration frequency of the vibrating arm 5 becomes the heat relaxation frequency fm. The Q value becomes the minimum when it matches with. The thermal relaxation frequency fm can be obtained by fm = 1 / (2πτ) (however, where π is the circular constant, if the e and Napier number, tau is the temperature difference by heat conduction e - is the relaxation time required to become 1 times).

また、振動腕5が平板構造(断面形状が矩形の構造)であると見做したときの熱緩和周波数をfm0とすれば、fm0は下式で求めることができる。
fm0=πk/(2ρCpa2)‥‥(1)
なお、πは円周率、kは振動腕5の振動方向の熱伝導率、ρは振動腕5の質量密度、Cpは振動腕5の熱容量、aは振動腕5の振動方向の幅(実効幅)である。式(1)の熱伝導率k、質量密度ρ、熱容量Cpに振動腕5の材料そのもの(すなわち水晶)の定数を入力した場合、求まる熱緩和周波数fm0は、振動腕5に溝52、53を設けていない場合の値となる。
Further, if the heat relaxation frequency when the vibrating arm 5 is regarded as having a flat plate structure (a structure having a rectangular cross-sectional shape) is fm0, fm0 can be obtained by the following equation.
fm0 = πk / (2ρCpa 2 ) ... (1)
In addition, π is the pi, k is the thermal conductivity in the vibration direction of the vibrating arm 5, ρ is the mass density of the vibrating arm 5, Cp is the heat capacity of the vibrating arm 5, and a is the width of the vibrating arm 5 in the vibration direction (effective). Width). When the constants of the material itself (that is, crystal) of the vibrating arm 5 are input to the thermal conductivity k, the mass density ρ, and the heat capacity Cp of the formula (1), the heat relaxation frequency fm0 obtained is the grooves 52 and 53 in the vibrating arm 5. It is the value when it is not provided.

振動腕5では、側面513、514の間に位置するように溝52、53が形成されている。そのため、振動腕5の屈曲振動時に生じる側面513、514の温度差を熱伝導により温度平衡させるための熱移動経路が溝52、53を迂回するように形成され、熱移動経路が側面513、514間の直線距離(最短距離)よりも長くなる。そのため、振動腕5に溝52、53を設けていない場合と比較して緩和時間τが長くなり、熱緩和周波数fmが低くなる。 In the vibrating arm 5, grooves 52 and 53 are formed so as to be located between the side surfaces 513 and 514. Therefore, the heat transfer path for balancing the temperature difference between the side surfaces 513 and 514 generated during the bending vibration of the vibrating arm 5 by heat conduction is formed so as to bypass the grooves 52 and 53, and the heat transfer path is formed on the side surfaces 513 and 514. It is longer than the straight line distance (shortest distance) between them. Therefore, the relaxation time τ becomes longer and the heat relaxation frequency fm becomes lower than in the case where the grooves 52 and 53 are not provided in the vibrating arm 5.

図6は、屈曲振動モードの振動素子のQ値のf/fm依存性を表すグラフである。同図において、点線で示されている曲線F1は、振動素子2のように振動腕に溝が形成されている場合(振動腕の横断面形状がH型の場合)を示し、実線で示されている曲線F2は、振動腕に溝が形成されていない場合(連結腕の横断面形状が矩形の場合)を示している。同図に示すように、曲線F1、F2の形状は変わらないが、前述のような熱緩和周波数fmの低下に伴って、曲線F1が曲線F2に対して周波数低下方向へシフトする。したがって、振動素子2のように振動腕に溝が形成されている場合の熱緩和周波数をfm1とすれば、下記式(2)を満たすことにより、常に、振動腕に溝が形成されている振動素子のQ値が振動腕に溝が形成されていない振動素子のQ値に対して高くなる。 FIG. 6 is a graph showing the f / fm dependence of the Q value of the vibrating element in the bending vibration mode. In the figure, the curve F1 shown by the dotted line indicates a case where a groove is formed in the vibrating arm like the vibrating element 2 (when the cross-sectional shape of the vibrating arm is H-shaped), and is shown by a solid line. The curved line F2 shows a case where a groove is not formed in the vibrating arm (when the cross-sectional shape of the connecting arm is rectangular). As shown in the figure, the shapes of the curves F1 and F2 do not change, but the curve F1 shifts in the frequency decreasing direction with respect to the curve F2 as the heat relaxation frequency fm decreases as described above. Therefore, if the heat relaxation frequency when a groove is formed in the vibrating arm as in the vibrating element 2 is fm1, the vibration in which the groove is always formed in the vibrating arm by satisfying the following equation (2). The Q value of the element is higher than the Q value of the vibrating element in which the groove is not formed in the vibrating arm.

Figure 0006816805
Figure 0006816805

更に、f/fm0>1の関係に限定すれば、より高いQ値を得ることができる。
なお、図6において、f/fm<1の領域を等温的領域とも言い、この等温的領域ではf/fmが小さくなるにつれてQ値が高くなる。これは、振動腕の機械的周波数が低くなる(振動腕の振動が遅くなる)につれて前述のような振動腕内の温度差が生じ難くなるためである。したがって、f/fmを0(零)に限りなく近づけた際の極限では、等温準静操作となって、熱弾性損失は限りなく0(零)に接近する。一方、f/fm>1の領域を断熱的領域とも言い、この断熱的領域ではf/fmが大きくなるにつれてQ値が高くなる。これは、振動腕の機械的周波数が高くなるにつれて、各側面の温度上昇・温度効果の切り替わりが高速となり、前述のような熱伝導が生じる時間がなくなるためである。したがって、f/fmを限りなく大きくした際の極限では、断熱操作となって、熱弾性損失は限りなく0(零)に接近する。このことから、f/fm>1の関係を満たすとは、f/fmが断熱的領域にあるとも言い換えることができる。
Further, if the relationship is limited to f / fm0> 1, a higher Q value can be obtained.
In FIG. 6, the region of f / fm <1 is also referred to as an isothermal region, and in this isothermal region, the Q value increases as f / fm decreases. This is because as the mechanical frequency of the vibrating arm becomes lower (the vibration of the vibrating arm becomes slower), the temperature difference in the vibrating arm as described above becomes less likely to occur. Therefore, in the limit when f / fm is brought as close as possible to 0 (zero), the isothermal quasi-static operation is performed, and the thermoelastic loss approaches 0 (zero) as much as possible. On the other hand, the region where f / fm> 1 is also referred to as an adiabatic region, and in this adiabatic region, the Q value increases as f / fm increases. This is because as the mechanical frequency of the vibrating arm increases, the temperature rise on each side surface and the switching of the temperature effect become faster, and the time for heat conduction as described above disappears. Therefore, in the limit when f / fm is increased as much as possible, the heat elastic loss becomes infinitely close to 0 (zero) due to the heat insulating operation. From this, it can be said that satisfying the relationship of f / fm> 1 means that f / fm is in the adiabatic region.

なお、第1、第2駆動用電極84、85の構成材料(金属材料)は、振動腕5、6の構成材料である水晶と比較して熱伝導率が高いため、振動腕5では、第1駆動用電極84を介する熱伝導が積極的に行われ、振動腕6では、第2駆動用電極85を介する熱伝導が積極的に行われる。このような第1、第2駆動用電極84、85を介する熱伝導が積極的に行われると、緩和時間τが短くなってしまう。そこで、振動腕5では、溝52、53の底面にて第1駆動用電極84を側面513側と側面514側とに分割し、振動腕6では、溝62、63の底面にて第2駆動用電極85を側面613側と側面614側とに分割することにより、上記のような熱伝導が起きるのを防止または抑制するのが好ましい。その結果、緩和時間τが短くなるのを防ぎ、より高いQ値を有する振動素子2が得られる。 Since the constituent materials (metal materials) of the first and second driving electrodes 84 and 85 have higher thermal conductivity than the crystal which is the constituent material of the vibrating arms 5 and 6, the vibrating arm 5 has a higher thermal conductivity. 1 The heat conduction through the drive electrode 84 is positively performed, and in the vibrating arm 6, the heat conduction through the second drive electrode 85 is positively performed. If heat conduction is positively performed through the first and second drive electrodes 84 and 85, the relaxation time τ becomes short. Therefore, in the vibrating arm 5, the first drive electrode 84 is divided into a side surface 513 side and a side surface 514 side at the bottom surfaces of the grooves 52 and 53, and in the vibrating arm 6, the second drive is performed at the bottom surfaces of the grooves 62 and 63. It is preferable to prevent or suppress the above-mentioned heat conduction by dividing the electrode 85 into a side surface 613 side and a side surface 614 side. As a result, the vibration element 2 having a higher Q value can be obtained by preventing the relaxation time τ from being shortened.

次に、振動腕5、6の全長と、ハンマーヘッド59、69の長さおよび幅の関係について説明する。振動腕5、6は、互いに同様の構成であるため、以下では、振動腕5について代表して説明し、振動腕6については、その説明を省略する。
図1に示すように、振動腕5の全長(Y軸方向の長さ)をL[μm]とし、ハンマーヘッド59の長さ(Y軸方向の長さ)をH[μm]としたとき、振動腕5は、0.012<H/L<0.3なる関係を満足しているのが好ましく、0.046<H/L<0.223なる関係を満足してい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2のCI値が低く抑えられるため、振動損失が少なく、優れた振動特性を有する振動素子2となる。
Next, the relationship between the total length of the vibrating arms 5 and 6 and the length and width of the hammer heads 59 and 69 will be described. Since the vibrating arms 5 and 6 have the same configuration as each other, the vibrating arm 5 will be described as a representative below, and the description of the vibrating arm 6 will be omitted.
As shown in FIG. 1, when the total length (length in the Y-axis direction) of the vibrating arm 5 is L [μm] and the length of the hammer head 59 (length in the Y-axis direction) is H [μm]. The vibrating arm 5 preferably satisfies the relationship of 0.012 <H / L <0.3, and more preferably satisfies the relationship of 0.046 <H / L <0.223. By satisfying such a relationship, the CI value of the vibrating element 2 can be suppressed to a low value, so that the vibrating element 2 has a small vibration loss and excellent vibration characteristics.

ここで、本実施形態では、振動腕5の基端を、側面514が基部4と接続されている箇所と、側面513が基部4と接続されている箇所を結んだ線分の、振動腕5の幅(X軸方向の長さ)中心に位置する箇所に設定している。また、腕部51の自由端部は、幅が自由端側に向けて漸増するテーパ状をなしているが、このテーパ部分の幅(X軸方向の長さ)が腕部51の幅(X軸方向の長さ)の1.5倍以上となっている部分を腕部51が有している場合には、この部分もハンマーヘッド59の長さHに含まれることとしている。 Here, in the present embodiment, the vibrating arm 5 is a line segment connecting the base end of the vibrating arm 5 with a portion where the side surface 514 is connected to the base portion 4 and a portion where the side surface 513 is connected to the base portion 4. It is set at the center of the width (length in the X-axis direction). Further, the free end portion of the arm portion 51 has a tapered shape in which the width gradually increases toward the free end side, and the width (length in the X-axis direction) of this tapered portion is the width (X) of the arm portion 51. When the arm portion 51 has a portion that is 1.5 times or more the length in the axial direction), this portion is also included in the length H of the hammer head 59.

また、振動腕5は、腕部51の幅(X軸方向の長さ)をW1[μm]とし、ハンマーヘッド59の幅(X軸方向の長さ)をW2[μm]としたとき、1.5≦W2/W1≦10.0なる関係を満足しているのが好ましく、1.6≦W2/W1≦7.0なる関係を満足してい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り、ハンマーヘッド59の幅を広く確保することができる。そのため、ハンマーヘッド59の長さHが上述のように比較的短くても(Lの30%未満であっても)、ハンマーヘッド59による質量効果を十分に発揮することができる。したがって、1.5≦W2/W1≦10.0なる関係を満足することによって、振動腕5の全長Lが抑えされ、振動素子2の小型化を図ることができる。 Further, when the width of the arm portion 51 (length in the X-axis direction) is W1 [μm] and the width of the hammer head 59 (length in the X-axis direction) is W2 [μm], the vibrating arm 5 is 1 It is preferable that the relationship of .5 ≦ W2 / W1 ≦ 10.0 is satisfied, and more preferably that the relationship of 1.6 ≦ W2 / W1 ≦ 7.0 is satisfied. By satisfying such a relationship, a wide width of the hammer head 59 can be secured. Therefore, even if the length H of the hammer head 59 is relatively short as described above (even if it is less than 30% of L), the mass effect of the hammer head 59 can be sufficiently exerted. Therefore, by satisfying the relationship of 1.5 ≦ W2 / W1 ≦ 10.0, the total length L of the vibrating arm 5 can be suppressed, and the vibrating element 2 can be miniaturized.

このように、振動腕5では、0.012<H/L<0.3なる関係と、1.5≦W2/W1≦10.0なる関係とを満足することによって、これら2つの関係の相乗効果によって、小型化でCI値が十分に抑えられている振動素子2が得られる。
なお、Lを2mm以下、好ましくは1mm以下とすることで、携帯型音楽機器やICカードのようなものに搭載する発振器に使用する、小型な振動素子2を得ることができる。また、W1を100μm以下、好ましくは50μm以下とすることで、上記Lの範囲においても、低消費電力を実現する発振回路に使用する、低周波で共振する振動素子2を得ることができる。
As described above, in the vibrating arm 5, the synergy of these two relationships is achieved by satisfying the relationship of 0.012 <H / L <0.3 and the relationship of 1.5 ≦ W2 / W1 ≦ 10.0. Due to the effect, the vibrating element 2 whose CI value is sufficiently suppressed by miniaturization can be obtained.
By setting L to 2 mm or less, preferably 1 mm or less, a small vibrating element 2 used for an oscillator mounted on a portable music device or an IC card can be obtained. Further, by setting W1 to 100 μm or less, preferably 50 μm or less, it is possible to obtain a vibrating element 2 that resonates at a low frequency used in an oscillation circuit that realizes low power consumption even in the above range of L.

また、断熱的領域であれば、Zカット水晶板でY軸方向に振動腕が延び、X軸方向に屈曲振動する場合、W1は12.8μm以上であることが好ましく、Zカット水晶板でX軸方向に振動腕が延び、Y軸方向に屈曲振動する場合、W1は14.4μm以上であることが好ましく、Xカット水晶板でY軸方向に振動腕が延び、Z軸方向に屈曲振動する場合、W1は15.9μm以上であることが好ましい。こうすることによって、確実に断熱的領域にすることができるので、溝52、53の形成により熱弾性損失が減少してQ値が向上し、それと共に溝52、53が形成されている領域で駆動することにより(電界効率が高く、駆動面積が稼げる)CI値が低くなる。 Further, in the heat insulating region, when the vibrating arm extends in the Y-axis direction on the Z-cut crystal plate and flexes and vibrates in the X-axis direction, W1 is preferably 12.8 μm or more, and X on the Z-cut crystal plate. When the vibrating arm extends in the axial direction and bends and vibrates in the Y-axis direction, W1 is preferably 14.4 μm or more, and the vibrating arm extends in the Y-axis direction with the X-cut crystal plate and bends and vibrates in the Z-axis direction. In this case, W1 is preferably 15.9 μm or more. By doing so, since the adiabatic region can be surely formed, the thermoelastic loss is reduced and the Q value is improved by forming the grooves 52 and 53, and at the same time, in the region where the grooves 52 and 53 are formed. By driving, the CI value becomes low (the electric field efficiency is high and the driving area can be earned).

また、主面511の溝52のX軸方向両側に位置する土手部(振動腕の長手方向に直交する幅方向に沿って溝52を挟んで並んでいる主面)511aおよび主面512の溝53のX軸方向両側に位置する土手部512aの幅(X軸方向の長さ)をW3[μm]としたとき、W3は6μm以下に設定される。これにより、振動素子2のQ値を比較的高く維持しつつ、等価直列抵抗R1(CI値)を十分に低くすることができる。結果として、優れた振動特性を低消費電力で発揮することのできる振動素子2を得ることができる。 Further, the bank portions (main surfaces arranged with the groove 52 sandwiched along the width direction orthogonal to the longitudinal direction of the vibrating arm) 511a and the grooves of the main surface 512 located on both sides of the groove 52 of the main surface 511 in the X-axis direction. When the width (length in the X-axis direction) of the bank portions 512a located on both sides in the X-axis direction of 53 is W3 [μm], W3 is set to 6 μm or less. As a result, the equivalent series resistance R1 (CI value) can be sufficiently lowered while maintaining the Q value of the vibrating element 2 relatively high. As a result, it is possible to obtain a vibration element 2 capable of exhibiting excellent vibration characteristics with low power consumption.

ここで、土手部511a、512aの幅W3を6μm以下に設定する根拠を、発明者らが行ったシミュレーション結果に基づいて説明する。なお、以下では、Zカット水晶板をパターニングしてなり、屈曲振動周波数(機械的屈曲振動周波数)f=32.768kHzの振動素子2を用いたシミュレーションを代表して用いるが、発明者らによって、屈曲振動周波数fが32.768kHz±1kHzの範囲では、下記に示すシミュレーション結果とほとんど差がないことが確認されている。 Here, the grounds for setting the width W3 of the bank portions 511a and 512a to 6 μm or less will be described based on the simulation results performed by the inventors. In the following, a simulation using a vibration element 2 in which a Z-cut crystal plate is patterned and a bending vibration frequency (mechanical bending vibration frequency) f = 32.768 kHz is used as a representative, but the inventors have described it. It has been confirmed that there is almost no difference from the simulation results shown below in the range where the bending vibration frequency f is 32.768 kHz ± 1 kHz.

また、本シミュレーションでは、ウェットエッチングによってZカット水晶板(回転角0°)をパターニングした振動素子2を用いている。したがって、溝52、53は、図7に示すように、水晶の結晶面が現れた形状となっている。なお、図7では、図1中のB−B線断面に相当する断面を示している。−X軸方向のエッチングレートが+X軸方向のエッチングレートよりも低いため、−X軸方向の側面が比較的なだらかな傾斜となり、+X軸方向の側面が垂直に近い傾斜となる。 Further, in this simulation, a vibrating element 2 in which a Z-cut crystal plate (rotation angle 0 °) is patterned by wet etching is used. Therefore, as shown in FIG. 7, the grooves 52 and 53 have a shape in which the crystal plane of the crystal appears. Note that FIG. 7 shows a cross section corresponding to the cross section taken along line BB in FIG. Since the etching rate in the −X axis direction is lower than the etching rate in the + X axis direction, the side surface in the −X axis direction has a relatively gentle inclination, and the side surface in the + X axis direction has an inclination close to vertical.

また、本シミュレーションで用いた振動素子2の振動腕5のサイズは、全長Lが930μm、厚さTが120μm、腕部51の幅W1が80μm、ハンマーヘッド59の幅W2が138μm、ハンマーヘッド59の長さHが334μmである。このような振動素子2において、土手部511a、512aの幅W3を変化させてシミュレーションを行った。
なお、発明者らによって、全長L、厚さT、幅W1、幅W2、長さHを変更しても、下記に示すシミュレーション結果と同様の傾向となることが確認されている。また、本シミュレーションには、第1、第2駆動用電極84、85が形成されていない振動素子2を用いた。
The size of the vibrating arm 5 of the vibrating element 2 used in this simulation is that the total length L is 930 μm, the thickness T is 120 μm, the width W1 of the arm 51 is 80 μm, the width W2 of the hammer head 59 is 138 μm, and the hammer head 59. The length H of is 334 μm. In such a vibrating element 2, a simulation was performed by changing the width W3 of the bank portions 511a and 512a.
It has been confirmed by the inventors that even if the total length L, the thickness T, the width W1, the width W2, and the length H are changed, the tendency is the same as the simulation result shown below. Further, in this simulation, the vibrating element 2 in which the first and second drive electrodes 84 and 85 are not formed is used.

図8に、溝52、53の最大深さtを、それぞれ0.208T、0.292T、0.375T、0.458T、0.483Tとしたときの、土手部511a、512aの幅W3とQ値(F変換後Q値)との関係を示すグラフであり、図9は、溝52、53の最大深さtを、それぞれ0.208T、0.292T、0.375T、0.458T、0.483Tとしたときの、土手部511a、512aの幅W3とR1の逆数(1/R1)との関係を示すグラフである。 In FIG. 8, the widths W3 and Q of the bank portions 511a and 512a when the maximum depths t of the grooves 52 and 53 are 0.208T, 0.292T, 0.375T, 0.458T and 0.483T, respectively. It is a graph which shows the relationship with the value (Q value after F conversion), and FIG. 9 shows the maximum depth t of grooves 52 and 53 set to 0.208T, 0.292T, 0.375T, 0.458T and 0, respectively. It is a graph which shows the relationship between the width W3 of a bank portion 511a, 512a and the reciprocal of R1 (1 / R1) when it is set to .483T.

図8および図9に示すグラフは、次のようにして作成される。まず、有限要素法によって、熱弾性損失のみを考慮したQ値を求める。なお、Q値は、周波数依存性を有しているため、求められたQ値を32.768kHz時のQ値(F変換後Q値)に換算する。このF変換後Q値を縦軸、W3を横軸としてプロットして作成したのが、図8に示すグラフである。さらに、F変換後Q値に基づいて、R1を算出する。なお、R1も周波数依存性を有しているため、求められたR1を32.768kHz時のR1に換算し、その逆数を縦軸、W3を横軸としてプロットして作成したのが、図9に示すグラフである。Q値が大きいほど、振動素子2の振動特性を高くすることができ、R1が小さくなる(1/R1が大きくなる)ほど、振動素子2を低消費電力とすることができる。 The graphs shown in FIGS. 8 and 9 are created as follows. First, the Q value is obtained by the finite element method, considering only the thermoelastic loss. Since the Q value has frequency dependence, the obtained Q value is converted into the Q value at 32.768 kHz (Q value after F conversion). The graph shown in FIG. 8 is created by plotting the Q value after F conversion with the vertical axis and W3 as the horizontal axis. Further, R1 is calculated based on the Q value after F conversion. Since R1 also has frequency dependence, the obtained R1 was converted to R1 at 32.768 kHz, and the reciprocal was plotted on the vertical axis and W3 on the horizontal axis. It is a graph shown in. The larger the Q value, the higher the vibration characteristic of the vibrating element 2, and the smaller the R1 (the larger 1 / R1), the lower the power consumption of the vibrating element 2.

なお、Q値のF変換後Q値への換算は、上記式(1)および下記式(3)を用いて、次のようにして計算することができる。
Q={ρCp/(Cα2H)}×[{1+(f/fm0)2}/(f/fm0)]
‥‥(3) ただし、式(3)中のρは振動腕5の質量密度、Cpは振動腕5の熱容量、Cは振動腕5の長さ方向の伸縮の弾性スティフネス定数、αは振動腕5の長さ方向の熱膨張率、Hは絶対温度、fは固有周波数である。なお、aは、振動腕5が平板構造(平板形状)であると見做したきの幅(実効幅)であるが、このaの値を用いてもF変換後Q値への換算を行うことができる。
The conversion of the Q value to the Q value after F conversion can be calculated as follows using the above formula (1) and the following formula (3).
Q = {ρCp / (Cα 2 H)} × [{1+ (f / fm0) 2 } / (f / fm0)]
(3) However, in equation (3), ρ is the mass density of the vibrating arm 5, Cp is the heat capacity of the vibrating arm 5, C is the elastic stiffness constant of expansion and contraction in the length direction of the vibrating arm 5, and α is the vibrating arm. The thermal expansion rate in the length direction of 5, H is the absolute temperature, and f is the natural frequency. Note that a is the width (effective width) that the vibrating arm 5 is considered to have a flat plate structure (flat plate shape), but even if this value of a is used, it is converted to the Q value after F conversion. be able to.

まず、シミュレーションで用いた振動腕5の固有周波数をF1とし、求められたQ値をQ1とし、式(1)、(3)を用いて、f=F1、Q=Q1となるようなaの値を求める。次に、求められたaを用い、また、f=32.768kHzとし、式(3)からQ値を算出する。このようにして得られたQ値がF変換後Q値となる。
図8に示すように、Q値は、溝52、53の深さにかかわらず、土手部511a、512aの幅W3が7μmである場合に最大値をとる。一方、R1は、図9に示すように、土手部511a、512aの幅W3が小さくなるほど小さくなる傾向にある。振動素子は、通常、Q値ができる限り大きくなるように、すなわち、土手部511a、512aの幅W3が7μm程度となるように設計される。しかしながら、これでは、振動素子2の消費電力を十分に低くすることができない。
First, the natural frequency of the vibrating arm 5 used in the simulation is F1, the obtained Q value is Q1, and the equations (1) and (3) are used so that f = F1 and Q = Q1. Find the value. Next, the obtained a is used, f = 32.768 kHz, and the Q value is calculated from the equation (3). The Q value obtained in this way becomes the Q value after F conversion.
As shown in FIG. 8, the Q value takes the maximum value when the width W3 of the bank portions 511a and 512a is 7 μm regardless of the depth of the grooves 52 and 53. On the other hand, as shown in FIG. 9, R1 tends to become smaller as the width W3 of the bank portions 511a and 512a becomes smaller. The vibrating element is usually designed so that the Q value is as large as possible, that is, the width W3 of the bank portions 511a and 512a is about 7 μm. However, with this, the power consumption of the vibrating element 2 cannot be sufficiently reduced.

そこで、本発明では、土手部511a、512aの幅W3の設計値を、敢えて、通常採用される値(Q値が最大となる7μm)とせず、Q値を多少犠牲にしても、R1がより小さくなる値(6μm以下)を優先して採用することとした。これにより、振動素子2のQ値を比較的高く維持しつつ、等価直列抵抗R1(CI値)を十分に低くすることができる。結果として、優れた振動特性を低消費電力で発揮することのできる振動素子2を得ることができる。 Therefore, in the present invention, the design value of the width W3 of the bank portions 511a and 512a is not intentionally set to the value normally adopted (7 μm at which the Q value is the maximum), and even if the Q value is sacrificed to some extent, R1 becomes more favorable. It was decided to preferentially adopt a smaller value (6 μm or less). As a result, the equivalent series resistance R1 (CI value) can be sufficiently lowered while maintaining the Q value of the vibrating element 2 relatively high. As a result, it is possible to obtain a vibration element 2 capable of exhibiting excellent vibration characteristics with low power consumption.

土手部511a、512aの幅W3は、6μm以下であればよいが、0.1μm以上6μm以下であるのが好ましく、0.5μm以上4μm以下であるのがより好ましく、1μm以上3μm以下であるのがさらに好ましい。幅W3をこのような範囲とすることにより、振動素子2のR1(CI値)をより小さくすることができ、より低消費電力で振動素子2を駆動することができる。なお、上記下限値より小さい幅W3を有する土手部511a、512aを形成するのは困難であるか、あるいは極めて精度の高い加工技術を必要とするため、コスト高となる。 The width W3 of the bank portions 511a and 512a may be 6 μm or less, preferably 0.1 μm or more and 6 μm or less, more preferably 0.5 μm or more and 4 μm or less, and 1 μm or more and 3 μm or less. Is even more preferable. By setting the width W3 to such a range, the R1 (CI value) of the vibrating element 2 can be made smaller, and the vibrating element 2 can be driven with lower power consumption. It is difficult to form the bank portions 511a and 512a having a width W3 smaller than the above lower limit value, or a processing technique having extremely high accuracy is required, which increases the cost.

また、振動腕5(腕部51)の厚さTと、溝52、53の最大深さtとが、0.458T≦t≦0.483Tなる関係を満足し、かつ、土手部511a、512aの幅W3と、2t/Tで表されるηとが−36.000η+39.020≦W3[μm]≦26.000η−15.320(ただし、0.916≦η≦0.966)なる関係を満足することが好ましい。これにより、より優れた振動特性を発揮する振動素子2を得ることができる。 Further, the thickness T of the vibrating arm 5 (arm 51) and the maximum depth t of the grooves 52 and 53 satisfy the relationship of 0.458T ≦ t ≦ 0.483T, and the bank portions 511a and 512a are satisfied. Width W3 and η represented by 2t / T have a relationship of −36.000η + 39.020≤W3 [μm] ≤26.000η-15.320 (however, 0.916≤η≤0.966). It is preferable to be satisfied. As a result, it is possible to obtain a vibration element 2 that exhibits more excellent vibration characteristics.

特に、溝52、53の深さ、すなわち、ηは大きいほど好ましく、具体的には0.6以上であることが好ましく、0.75以上であるのがより好ましく、0.9以上であるのがさらに好ましい。これにより、第1、第2駆動用電極84、85の形成面積を大きくすることができるため、振動素子2のR1(CI値)をより小さくすることができ、より低消費電力で駆動する振動素子2を得ることができる。 In particular, the greater the depth of the grooves 52, 53, that is, η, the more preferably, specifically 0.6 or more, more preferably 0.75 or more, and 0.9 or more. Is even more preferable. As a result, the formed areas of the first and second driving electrodes 84 and 85 can be increased, so that the R1 (CI value) of the vibrating element 2 can be made smaller, and the vibration driven with lower power consumption can be obtained. The element 2 can be obtained.

また、ηは、2t/Tなる関係を満たすため、ηが一定の場合には、振動腕5(水晶基板3)の厚さTが大きいほど、tを大きくすることができる。これにより、第1、第2駆動用電極84、85の形成面積をより大きくすることができるため、振動素子2のR1をさらに小さくすることができる。具体的には、振動腕5(水晶基板3)の厚さTが50μm以上であるのが好ましく、110μm以上であるのがより好ましく、160μm以上であるのがさらに好ましい。なお、振動腕5の厚さTの上限値は、特に限定されないが、300μm以下であるのが好ましい。振動腕5の厚さTが上限値を超えた場合、水晶基板3の加工条件(ウェットエッチングの条件)にもよるが、振動素子2の形状非対称性が大きくなる傾向を示す。 Further, since η satisfies the relationship of 2t / T, when η is constant, t can be increased as the thickness T of the vibrating arm 5 (crystal substrate 3) increases. As a result, the formed areas of the first and second driving electrodes 84 and 85 can be made larger, so that R1 of the vibrating element 2 can be made even smaller. Specifically, the thickness T of the vibrating arm 5 (crystal substrate 3) is preferably 50 μm or more, more preferably 110 μm or more, and further preferably 160 μm or more. The upper limit of the thickness T of the vibrating arm 5 is not particularly limited, but is preferably 300 μm or less. When the thickness T of the vibrating arm 5 exceeds the upper limit value, the shape asymmetry of the vibrating element 2 tends to increase, although it depends on the processing conditions (wet etching conditions) of the crystal substrate 3.

以上説明したような一対の振動腕5、6(腕部51、61)の間には、基部4(本体部41)から中心線C1(Y軸方向)に沿って延出する支持腕71が設けられている。支持腕71は、XY平面視にて略矩形状をなし、振動素子2は、図1および2に示すように、支持腕71にて導電性接着剤11を介してパッケージ9に固定されているが、特に限定されず、Auなどの金属を介してパッケージ9に固定されていてもよい。このような構成とすることによって、振動素子2の振動漏れをより効果的に低減することができる。 Between the pair of vibrating arms 5 and 6 (arms 51 and 61) as described above, a support arm 71 extending from the base 4 (main body 41) along the center line C1 (Y-axis direction) is provided. It is provided. The support arm 71 has a substantially rectangular shape in XY plan view, and the vibrating element 2 is fixed to the package 9 by the support arm 71 via the conductive adhesive 11 as shown in FIGS. 1 and 2. However, the present invention is not particularly limited, and the package 9 may be fixed to the package 9 via a metal such as Au. With such a configuration, vibration leakage of the vibrating element 2 can be reduced more effectively.

また、支持腕71は、その基部4との境界部付近に、X軸方向に沿った長さ(幅)が小さくなっているクビレ部711を有している。これにより、振動腕5、6が互いに離間および接近するように屈曲振動するメインモードの共振周波数から、振動腕5、6がXY面内で同一の方向に屈曲振動するX同相モードの共振周波数を離すことができる。その結果、振動素子2をメインモードで屈曲振動する際に、X同相モードで発生する振動姿態がメインモードに重複する、所謂結合振動が生じ難くなり、振動漏れを低減することができる。 Further, the support arm 71 has a constricted portion 711 having a small length (width) along the X-axis direction near the boundary portion with the base portion 4. As a result, from the resonance frequency of the main mode in which the vibrating arms 5 and 6 bend and vibrate so as to separate and approach each other, the resonance frequency of the X in-phase mode in which the vibrating arms 5 and 6 bend and vibrate in the same direction in the XY plane is changed. Can be separated. As a result, when the vibrating element 2 is flexed and vibrated in the main mode, so-called coupled vibration, in which the vibration form generated in the X common-phase mode overlaps with the main mode, is less likely to occur, and vibration leakage can be reduced.

このような振動素子2は、水晶基板を、例えば、アルカリウェットエッチングのようなウェットエッチング法、レーザービームエッチング、反応性ガスエッチングのようなドライエッチング法により加工して得ることができるが、特に、ウェットエッチング法により加工することにより得るのが好ましい。ウェットエッチング法によれば、簡便な装置で精度よく水晶基板を加工することができる。 Such a vibrating element 2 can be obtained by processing a crystal substrate by, for example, a wet etching method such as alkaline wet etching, a laser beam etching, or a dry etching method such as reactive gas etching. It is preferably obtained by processing by a wet etching method. According to the wet etching method, the crystal substrate can be processed with high accuracy with a simple device.

(パッケージ)
パッケージ9は、上面に開放する凹部911を有する箱状のベース91と、凹部911の開口を塞ぐようにベース91に接合されている板状のリッド92とを有している。このようなパッケージ9は、凹部911がリッド92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、この収納空間に振動素子2が気密的に収納されている。振動素子2は、支持腕71にて、例えば、エポキシ系、アクリル系の樹脂に導電性フィラーを混合した導電性接着剤11を介して凹部911の底面に固定されている。
なお、収納空間内は、減圧(好ましくは真空)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、振動素子2の振動特性が向上する。
(package)
The package 9 has a box-shaped base 91 having a recess 911 that opens to the upper surface, and a plate-shaped lid 92 that is joined to the base 91 so as to close the opening of the recess 911. Such a package 9 has a storage space formed by closing the recess 911 with a lid 92, and the vibration element 2 is airtightly stored in this storage space. The vibrating element 2 is fixed to the bottom surface of the recess 911 by the support arm 71 via, for example, a conductive adhesive 11 in which a conductive filler is mixed with an epoxy-based or acrylic-based resin.
The storage space may be in a reduced pressure (preferably vacuum) state, or may be filled with an inert gas such as nitrogen, helium, or argon. As a result, the vibration characteristics of the vibrating element 2 are improved.

ベース91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92の構成材料としては、特に限定されないが、ベース91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91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91とリッド92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。 The constituent material of the base 91 is not particularly limited, but various ceramics such as aluminum oxide can be used. Further, the constituent material of the lid 92 is not particularly limited, but a member having a linear expansion coefficient similar to that of the constituent material of the base 91 is preferable. For example, when the constituent material of the base 91 is the above-mentioned ceramics, it is preferable to use an alloy such as Kovar. The joining of the base 91 and the lid 92 is not particularly limited, and may be joined by, for example, an adhesive or seam welding.

また、ベース91の凹部911の底面には、接続端子951、961が形成されている。図示しないが、振動素子2の第1駆動用電極84は、支持腕71のY軸方向の途中まで引き出されており、当該部分にて、導電性接着剤11を接続端子951と電気的に接続されている。同様に、図示しないが、振動素子2の第2駆動用電極85は、支持腕71のY軸方向の途中まで引き出されており、当該部分にて、導電性接着剤11を介して接続端子961と電気的に接続されている。
また、接続端子951は、ベース91を貫通する貫通電極952を介してベース91の底面に形成された外部端子953に電気的に接続されており、接続端子961は、ベース91を貫通する貫通電極962を介してベース91の底面に形成された外部端子963に電気的に接続されている。
Further, connection terminals 951 and 961 are formed on the bottom surface of the recess 911 of the base 91. Although not shown, the first drive electrode 84 of the vibrating element 2 is pulled out halfway in the Y-axis direction of the support arm 71, and the conductive adhesive 11 is electrically connected to the connection terminal 951 at this portion. Has been done. Similarly, although not shown, the second drive electrode 85 of the vibrating element 2 is pulled out halfway in the Y-axis direction of the support arm 71, and at that portion, the connection terminal 961 is interposed via the conductive adhesive 11. Is electrically connected to.
Further, the connection terminal 951 is electrically connected to an external terminal 953 formed on the bottom surface of the base 91 via a through electrode 952 penetrating the base 91, and the connection terminal 961 is a through electrode penetrating the base 91. It is electrically connected to an external terminal 963 formed on the bottom surface of the base 91 via 962.

接続端子951、961、貫通電極952、962および外部端子953、963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 connection terminals 951 and 961, the through electrodes 952 and 962, and the external terminals 953 and 963 are not particularly limited as long as they have conductivity, but for example, Cr (chromium), W (tungsten), etc. It can be composed of a metal coating in which each coating such as Ni (nickel), Au (gold), Ag (silver), Cu (copper) is laminated on the metallized layer (underlayer) of.

<第2実施形態>
次に、本発明の振動子の第2実施形態について説明する。
図10は、本発明の第2実施形態にかかる振動子が有する振動素子の平面図である。
以下、第2実施形態の振動子について、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。
第2実施形態の振動子は、振動素子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。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the oscillator of the present invention will be described.
FIG. 10 is a plan view of the vibrating element included in the vibrator according to the second embodiment of the present invention.
Hereinafter, the oscillator of the second embodiment will be described mainly on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be omitted.
The oscillator of the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above, except that the configuration of the vibrating element is different. The same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment described above.

図10に示すように、振動素子2Aの基部4Aは、本体部41と、本体部41の基端(第2の端部)側に設けられた縮幅部42と、振動腕5、6の間であって、本体部41の先端(第1の端部)側に設けられた縮幅部43とを有している。このような振動素子2Aは、本体部41にて、導電性接着剤11、11を介してパッケージ9に固定されている。このため、支持腕71が省略されている。 As shown in FIG. 10, the base portion 4A of the vibrating element 2A includes a main body portion 41, a narrowed width portion 42 provided on the base end (second end portion) side of the main body portion 41, and vibrating arms 5 and 6. In between, it has a narrowed width portion 43 provided on the tip end (first end portion) side of the main body portion 41. Such a vibrating element 2A is fixed to the package 9 at the main body 41 via the conductive adhesives 11 and 11. Therefore, the support arm 71 is omitted.

縮幅部43は、その幅(X軸方向に沿った長さ)が、振動腕5、6の間の中心線C1に沿って、基部4の中央(本体部41)から離れるに従い漸減し、その輪郭(縁部)がアーチ状(円弧状)をなしている。このような縮幅部43は、縮幅部42と同様の機能を有する。また、本実施形態では、導電性接着剤11、11は、中心線C1に沿って配置されているが、中心線C1と直交する方向(X軸方向)に沿って配置されていてもよい。 The width of the narrowed portion 43 (length along the X-axis direction) gradually decreases as it moves away from the center of the base 4 (main body 41) along the center line C1 between the vibrating arms 5 and 6. Its contour (edge) is arched (arc-shaped). Such a narrowing portion 43 has the same function as the narrowing portion 42. Further, in the present embodiment, the conductive adhesives 11 and 11 are arranged along the center line C1, but may be arranged along a direction (X-axis direction) orthogonal to the center line C1.

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。特に、第2実施形態によれば、支持腕71を省略できるので、振動素子2AのX軸方向に沿った長さ(幅)を小さくすることができる。なお、基部4は、縮幅部42を有さず、縮幅部43のみを有していてもよいし、縮幅部43を有さず、縮幅部42のみを有していてもよい。 Even with such a second embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited. In particular, according to the second embodiment, since the support arm 71 can be omitted, the length (width) of the vibrating element 2A along the X-axis direction can be reduced. The base portion 4 may not have the narrowing portion 42 and may have only the narrowing portion 43, or may not have the narrowing portion 43 and may have only the narrowing portion 42. ..

<第3実施形態>
次に、本発明の振動子の第3実施形態について説明する。
図11は、本発明の第3実施形態にかかる振動子の平面図、図12は、図11中のC−C線断面図である。
以下、第3実施形態の振動子について、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。
第3実施形態の振動子は、支持部の構成およびパッケージ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。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the oscillator of the present invention will be described.
FIG. 11 is a plan view of the oscillator according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a sectional view taken along line CC in FIG.
Hereinafter, the oscillator of the third embodiment will be described mainly on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be omitted.
The oscillator of the third embodiment is the same as that of the first embodiment described above, except that the configuration of the support portion and the configuration of the package are different. The same reference numerals are given to the same configurations as those of the first embodiment described above.

図11に示すように、振動素子2Bの支持部は、基部4、振動腕5、6および支持腕71Bを取り囲む、外形が略正方形の枠体72を備えており、この枠体72に支持腕71Bの先端部(基部4と反対側の端部)が連結されている。枠体72は、パッケージ9Bに接合される部分である。
パッケージ9Bは、図12に示すように、上面に開放する凹部911Bを有する箱状のベース91Bと、下面に開放する凹部921Bを有する箱状のリッド92Bとを有し、ベース91Bの外周部およびリッド92Bの外周部に、枠体72が挟持および接合されることにより、振動素子2Bがパッケージ9Bに固定されている。また、ベース91Bの凹部911Bの底面に設けられた接続端子961(951)と、振動素子2Bとの所定に部位とが、例えば、金等で構成されるワイヤー12により接続されている。
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。特に、第3実施形態によれば、振動素子2Bを枠体72を介してパッケージ9Bに固定するので、この固定を精度良く行うことができる。そのため、振動素子2Bのサイズを大きくすることができ、結果として、そのR1をより小さくすることができる。
As shown in FIG. 11, the support portion of the vibrating element 2B includes a frame body 72 having a substantially square outer shape that surrounds the base portion 4, the vibrating arms 5, 6 and the support arm 71B, and the support arm 72 is provided with the frame body 72. The tip end portion (the end portion on the side opposite to the base portion 4) of 71B is connected. The frame body 72 is a portion joined to the package 9B.
As shown in FIG. 12, the package 9B has a box-shaped base 91B having a recess 911B open to the upper surface and a box-shaped lid 92B having a recess 921B to open to the lower surface, and has an outer peripheral portion of the base 91B and a box-shaped lid 92B. The vibrating element 2B is fixed to the package 9B by sandwiching and joining the frame body 72 to the outer peripheral portion of the lid 92B. Further, a connection terminal 961 (951) provided on the bottom surface of the recess 911B of the base 91B and a predetermined portion of the vibrating element 2B are connected by, for example, a wire 12 made of gold or the like.
Even with such a third embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited. In particular, according to the third embodiment, since the vibrating element 2B is fixed to the package 9B via the frame body 72, this fixing can be performed with high accuracy. Therefore, the size of the vibrating element 2B can be increased, and as a result, its R1 can be made smaller.

<第4実施形態>
次に、本発明の振動子の第4実施形態について説明する。
図13は、本発明の第4実施形態にかかる振動子が有する振動素子の平面図である。
以下、第4実施形態の振動子について、前述した第1〜第3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。
第4実施形態の振動子は、支持部の構成が異なる以外は、前述した第3実施形態と同様である。なお、前述した第3実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the oscillator of the present invention will be described.
FIG. 13 is a plan view of the vibrating element included in the vibrator according to the fourth embodiment of the present invention.
Hereinafter, the oscillator of the fourth embodiment will be described mainly on the differences from the above-mentioned first to third embodiments, and the same matters will be omitted.
The oscillator of the fourth embodiment is the same as that of the third embodiment described above, except that the configuration of the support portion is different. The same reference numerals are given to the same configurations as those in the third embodiment described above.

図13に示すように、振動素子2Cの支持部は、支持腕71Bに代わり、基部4Cの基端(一対の振動腕5、6と反対)側に、中心線C1に沿って延出する支持腕73が設けられている。この支持腕73は、枠体72に連結している。なお、基部4Cは、第2実施形態の基部4Aと同様の構成である。
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。特に、第4実施形態によれば、振動素子2Cを枠体72を介してパッケージ9に固定するので、この固定を精度良く行うことができる。そのため、振動素子2Cのサイズを大きくすることができ、結果として、そのR1をより小さくすることができる。また、第4実施形態によれば、支持腕71Bを省略できるので、振動素子2CのX軸方向に沿った長さ(幅)を小さくすることができる。
なお、支持腕73を省略して、基部4Cを直接枠体72に連結してもよいし、枠体72を省略して、支持腕73にて、導電性接着剤11を用いて、振動素子2Cをパッケージ9に固定するようにしてもよい。
As shown in FIG. 13, the support portion of the vibrating element 2C is a support extending along the center line C1 to the base end (opposite to the pair of vibrating arms 5 and 6) side of the base portion 4C instead of the support arm 71B. An arm 73 is provided. The support arm 73 is connected to the frame body 72. The base 4C has the same configuration as the base 4A of the second embodiment.
Even with such a fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited. In particular, according to the fourth embodiment, since the vibrating element 2C is fixed to the package 9 via the frame body 72, this fixing can be performed with high accuracy. Therefore, the size of the vibrating element 2C can be increased, and as a result, its R1 can be made smaller. Further, according to the fourth embodiment, since the support arm 71B can be omitted, the length (width) of the vibrating element 2C along the X-axis direction can be reduced.
The support arm 73 may be omitted and the base 4C may be directly connected to the frame body 72, or the frame body 72 may be omitted and the support arm 73 may use the conductive adhesive 11 to vibrate the vibrating element. 2C may be fixed to the package 9.

2.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14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14に示す発振器10は、振動子1と、振動素子2を駆動するためのICチップ8とを有している。以下、発振器10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。
2. 2. Oscillator Next, an oscillator to which the vibrating element of the present invention is applied (oscillator of the present invention) will be described.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of the oscillator of the present invention.
The oscillator 10 shown in FIG. 14 has an oscillator 1 and an IC chip 8 for driving the vibrating element 2. Hereinafter, the oscillator 10 will be mainly described with respect to the differences from the above-mentioned oscillator, and the same matters will be omitted.

図14に示すように、パッケージ9は、凹部911を有する箱状のベース91と、凹部911の開口を塞ぐ板状のリッド92とを有している。また、ベース91の凹部911は、ベース91の上面に開放する第1凹部911aと、第1凹部911aの底面に開放する第2凹部911bと、第2凹部911bの底面に開放する第3凹部911cとを有している。 As shown in FIG. 14, the package 9 has a box-shaped base 91 having a recess 911 and a plate-shaped lid 92 that closes the opening of the recess 911. Further, the recesses 911 of the base 91 include a first recess 911a that opens to the upper surface of the base 91, a second recess 911b that opens to the bottom surface of the first recess 911a, and a third recess 911c that opens to the bottom surface of the second recess 911b. And have.

第1凹部911aの底面には、接続端子95、96が形成されている。また、第3凹部911cの底面には、ICチップ8が配置されている。ICチップ8は、振動素子2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8によって振動素子2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。
また、第2凹部911bの底面には、ワイヤーを介してICチップ8と電気的に接続された複数の内部端子93が形成されている。これら複数の内部端子93には、ベース91に形成された図示しないビアを介してパッケージ9の底面に形成された外部端子94に電気的に接続された端子と、図示しないビアやワイヤーを介して接続端子95に電気的に接続された端子と、図示しないビアやワイヤーを介して接続端子96に電気的に接続された端子とが含まれている。
なお、図14の構成では、ICチップ8が収納空間内に配置されている構成について説明したが、ICチップ8の配置は、特に限定されず、例えば、パッケージ9の外側(ベース91の底面)に配置されていてもよい。
Connection terminals 95 and 96 are formed on the bottom surface of the first recess 911a. Further, an IC chip 8 is arranged on the bottom surface of the third recess 911c. The IC chip 8 has an oscillation circuit for controlling the drive of the vibrating element 2. When the vibrating element 2 is driven by the IC chip 8, a signal having a predetermined frequency can be extracted.
Further, a plurality of internal terminals 93 electrically connected to the IC chip 8 via a wire are formed on the bottom surface of the second recess 911b. These plurality of internal terminals 93 are electrically connected to the external terminals 94 formed on the bottom surface of the package 9 via vias (not shown) formed on the base 91, and via vias and wires (not shown). A terminal electrically connected to the connection terminal 95 and a terminal electrically connected to the connection terminal 96 via a via or a wire (not shown) are included.
In the configuration of FIG. 14, the configuration in which the IC chip 8 is arranged in the storage space has been described, but the arrangement of the IC chip 8 is not particularly limited, and for example, the outside of the package 9 (bottom surface of the base 91). It may be arranged in.

3.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15は、本発明の振動素子を備える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素子2(2A〜2C)が内蔵されている。
3. 3. Electronic device Next, an electronic device to which the vibration element of the present invention is applied (the electronic device of the present invention) will be described.
FIG. 15 is a perspective view showing the configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which an electronic device including the vibration element of the present invention is applied. In this figure, the personal computer 1100 is composed of a main body 1104 having a keyboard 1102 and a display unit 1106 having a display 2000, and the display unit 1106 rotates with respect to the main body 1104 via a hinge structure. It is movably supported. Such a personal computer 1100 has a built-in vibrating element 2 (2A to 2C) that functions as a filter, a resonator, a reference clock, and the like.

図16は、本発明の振動素子を備える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素子2(2A〜2C)が内蔵されている。 FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of a mobile phone (including PHS) to which an electronic device including the vibration element of the present invention is applied. In this figure, the mobile phone 1200 includes a plurality of operation buttons 1202, an earpiece 1204, and a mouthpiece 1206, and a display unit 2000 is arranged between the operation button 1202 and the earpiece 1204. Such a mobile phone 1200 has a built-in vibrating element 2 (2A to 2C) that functions as a filter, a resonator, and the like.

図17は、本発明の振動素子を備える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。 FIG. 17 is a perspective view showing a configuration of a digital still camera to which an electronic device including the vibration element of the present invention is applied. Note that this figure also briefly shows the connection with an external device. Here, while a normal camera exposes a silver halide photographic film by the light image of the subject, the digital still camera 1300 photoelectrically converts the light image of the subject by an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device). Generates an image pickup signal (image signal).

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2000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2000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。 A display unit 2000 is provided on the back surface of the case (body) 1302 of the digital still camera 1300, and the display unit 2000 displays the subject as an electronic image based on the imaging signal obtained by the CCD. Functions as a finder. Further, on the front side (back side in the drawing) of the case 1302, a light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system), a CCD, and the like is provided.

撮影者が表示部2000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素子2(2A〜2C)が内蔵されている。 When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit 2000 and presses the shutter button 1306, the image pickup signal of the CCD at that time is transferred and stored in the memory 1308. Further, in the digital still camera 1300, a video signal output terminal 1312 and an input / output terminal 1314 for data communication are provided on the side surface of the case 1302. Then, as shown in the figure, a television monitor 1430 is connected to the video signal output terminal 1312, and a personal computer 1440 is connected to the input / output terminal 1314 for data communication, respectively, as needed. Further, the imaging signal stored in the memory 1308 is output to the television monitor 1430 or the personal computer 1440 by a predetermined operation. Such a digital still camera 1300 has a built-in vibrating element 2 (2A to 2C) that functions as a filter, a resonator, and the like.

なお、本発明の振動素子を備える電子機器は、図15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16の携帯電話機、図17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。 In addition to the personal computer (mobile personal computer) shown in FIG. 15, the mobile phone shown in FIG. 16, and the digital still camera shown in FIG. 17, the electronic device provided with the vibrating element of the present invention includes, for example, an inkjet ejection device (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 equipment, word processor, workstation, TV Telephone, security TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (for example, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish finder, various measuring devices, instruments It can be applied to a class (for example, a vehicle, an aircraft, a ship's instrument), a flight simulator, and the like.

4.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18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、振動素子2が搭載されている。振動素子2(2A〜2C)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。
4. Moving body Next, a moving body to which the vibrating element of the present invention is applied (moving body of the present invention) will be described.
FIG. 18 is a perspective view schematically showing an automobile as an example of the moving body of the present invention. The vibration element 2 is mounted on the automobile 1500. Vibrating elements 2 (2A-2C) include keyless entry, immobilizer, car navigation system, car air conditioner, anti-lock brake system (ABS), airbag, tire pressure monitoring system (TPMS), engine. It can be widely applied to electronic control units (ECUs) such as controls, battery monitors for hybrid vehicles and electric vehicles, and body posture control systems.

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、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。 The vibrating element, oscillator, oscillator, electronic device, and mobile body of the present invention have been described above based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited thereto, and the configurations of each part are the same. It can be replaced with any configuration having a function. Further, any other constituents may be added to the present invention. Moreover, each embodiment may be combined appropriately.

1、1B…振動子 10…発振器 11…導電性接着剤 12…ワイヤー 2、2A、2B、2C…振動素子 3…水晶基板 4、4A、4C…基部 41…本体部 42、43…縮幅部 5…振動腕 51…腕部 511、512…主面 511a、512a…土手部 513、514…側面 52、53…溝 59…ハンマーヘッド 6…振動腕 61…腕部 611、612…主面 613、614…側面 62、63…溝 69…ハンマーヘッド 71、71B、73…支持腕 711…クビレ部 72…枠体 8…ICチップ 84、85…駆動用電極 9…パッケージ 91、91B…ベース 911、911B、921B…凹部 911a…第1凹部 911b…第2凹部 911c…第3凹部 92、92B…リッド 93…内部端子 94…外部端子 95、96…接続端子 951、961…接続端子 952、962…貫通電極 953、963…外部端子 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…全長 H…ハンマーヘッド長 W1、W2、W3…幅 t…深さ T…厚さ C1…中心線 1, 1B ... oscillator 10 ... oscillator 11 ... conductive adhesive 12 ... wire 2, 2A, 2B, 2C ... vibrating element 3 ... crystal substrate 4, 4A, 4C ... base 41 ... main body 42, 43 ... narrowed portion 5 ... Vibrating arm 51 ... Arm 511, 512 ... Main surface 511a, 512a ... Bank 513, 514 ... Side 52, 53 ... Groove 59 ... Hammer head 6 ... Vibrating arm 61 ... Arm 611, 612 ... Main surface 613, 614 ... Side surface 62, 63 ... Groove 69 ... Hammer head 71, 71B, 73 ... Support arm 711 ... Constriction 72 ... Frame 8 ... IC chip 84, 85 ... Drive electrode 9 ... Package 91, 91B ... Base 911, 911B , 921B ... Concave 911a ... 1st recess 911b ... 2nd recess 911c ... 3rd recess 92, 92B ... Lid 93 ... Internal terminal 94 ... External terminal 95, 96 ... Connection terminal 951, 961 ... Connection terminal 952, 962 ... Through electrode 953, 963 ... External terminal 1100 ... Personal computer 1102 ... Keyboard 1104 ... Main unit 1106 ... Display unit 1200 ... Mobile phone 1202 ... Operation button 1202 ... Earpiece 1206 ... Mouthpiece 1300 ... Digital still camera 1302 ... Case 1304 ... Light receiving unit 1306 ... Shutter button 1308 ... Memory 1312 ... Video signal output terminal 1314 ... Input / output terminal 1430 ... TV monitor 1440 ... Personal computer 1500 ... Automobile 2000 ... Display L ... Overall length H ... Hammer head length W1, W2, W3 ... Width t ... Depth T ... Thickness C1 ... Center line

Claims (8)

第1の端部、及び平面視で前記第1の端部と反対側の第2の端部を含む基部と、
前記基部の前記第1の端部側から第1の方向に沿って延出し、前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って並んでいる一対の振動腕と、
平面視で前記基部および前記振動腕を囲んでいる枠体と、
前記基部と前記枠体とを接続しており、一対の前記振動腕の間の距離よりも小さい第1の幅を有する支持腕と、
を含み、
前記基部は、前記第1の端部の一対の前記振動腕が接続している部分の前記第2の方向に沿った長さ以上の第2の幅を含み、
前記基部は、前記支持腕との間に、前記第2方向に沿った長さが、前記支持腕に近づくに従って前記第2の幅から前記第1の幅まで連続的に小さくなっている縮幅部を含み、
前記振動腕は、
腕部と、
前記腕部の前記基部側とは反対側に位置し、前記腕部よりも前記第2の方向に沿った長さが大きい広幅部と、
を含み、
一対の前記振動腕の一方および他方は、それぞれ、
前記第1の方向および前記第2の方向に沿っており、且つ、表裏の関係にある一対の主面と、
前記一対の主面を繋いでいる一対の側面と、
各前記主面に前記第1の方向に沿って設けられ、各前記主面に直交する厚さの方向に沿った深さを有している有底の溝部と、
を含み、
前記一対の側面の一方と連結しており、平面視で前記振動腕の前記主面において前記第2の方向に沿って前記溝部と並んでいる部分を第1土手部とし、
前記一対の側面の他方と連結しており、平面視で前記振動腕の前記主面において前記第2の方向に沿って前記溝部と並んでいる部分を第2土手部とし、
前記振動腕の前記第1の方向に沿った長さが、1000μm以下であり、
前記腕部の前記第2の方向に沿った長さが、12.8μm以上、50μm以下であり、
前記第1土手部および前記第2土手部の幅が、6μm以下であり、
前記腕部の前記第2の方向に沿った長さをW1とし、前記広幅部の前記第2の方向に沿った長さをW2としたとき、
1.6≦W2/W1≦7.0
なる関係を満足することを特徴とする振動素子。
A first end and a base including a second end opposite to the first end in plan view.
A pair of vibrating arms extending along a first direction from the first end side of the base and lining up along a second direction orthogonal to the first direction.
A frame body surrounding the base and the vibrating arm in a plan view,
A support arm that connects the base and the frame and has a first width that is smaller than the distance between the pair of vibrating arms.
Including
The base includes a second width that is greater than or equal to the length along the second direction of the portion to which the pair of vibrating arms at the first end are connected.
The base, between the supporting arms, contraction of the length along the second direction is smaller continuously until the first width from said second width as it approaches the said support arm Including the width part
The vibrating arm
With the arm
A wide portion of the arm that is located on the side opposite to the base side and has a larger length in the second direction than the arm.
Including
One and the other of the pair of vibrating arms, respectively.
A pair of main surfaces that are in a front-to-back relationship along the first direction and the second direction.
A pair of side surfaces connecting the pair of main surfaces and
A bottomed groove portion provided on each of the main surfaces along the first direction and having a depth along the direction of thickness orthogonal to each of the main surfaces.
Including
A portion that is connected to one of the pair of side surfaces and is aligned with the groove portion along the second direction on the main surface of the vibrating arm in a plan view is defined as a first bank portion.
The portion which is connected to the other of the pair of side surfaces and is aligned with the groove portion along the second direction on the main surface of the vibrating arm in a plan view is defined as a second bank portion.
The length of the vibrating arm along the first direction is 1000 μm or less.
The length of the arm portion along the second direction is 12.8 μm or more and 50 μm or less.
The width of the first bank portion and the second bank portion is 6 μm or less.
When the length of the arm portion along the second direction is W1 and the length of the wide portion along the second direction is W2.
1.6 ≤ W2 / W1 ≤ 7.0
A vibrating element characterized by satisfying the above relationship.
請求項1において、
前記振動腕の前記第1の方向に沿った長さをLとし、前記広幅部の前記第1の方向に沿った長さをHとしたとき、
0.012<H/L<0.3
なる関係を満足することを特徴とする振動素子。
In claim 1,
When the length of the vibrating arm along the first direction is L and the length of the wide portion along the first direction is H.
0.012 <H / L <0.3
A vibrating element characterized by satisfying the above relationship.
請求項1または2において、
前記第1土手部および前記第2土手部の幅が、1μm以上、3μm以下であることを特徴とする振動素子。
In claim 1 or 2,
A vibrating element characterized in that the widths of the first bank portion and the second bank portion are 1 μm or more and 3 μm or less.
請求項1ないし3のいずれか1項において、
前記振動腕の厚さは、50μm以上、300μm以下であることを特徴とする振動素子。
In any one of claims 1 to 3,
A vibrating element having a vibrating arm having a thickness of 50 μm or more and 300 μm or less.
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の振動素子と、
前記枠体を把持している一対のパッケージベースと、
を含むことを特徴とする振動子。
The vibrating element according to any one of claims 1 to 4,
A pair of package bases holding the frame and
An oscillator characterized by including.
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の振動素子と、
発振回路と、
を含むことを特徴とする発振器。
The vibrating element according to any one of claims 1 to 4,
Oscillator circuit and
An oscillator characterized by including.
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の振動素子を含むことを特徴とする電子機器。 An electronic device including the vibrating element according to any one of claims 1 to 4. 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の振動素子を含むことを特徴とする移動体。 A moving body including the vibrating element according to any one of claims 1 to 4.
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