TW201526542A - 振動元件、振動子、振盪器、電子機器及移動體 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種具有優異之振動特性之振動元件、振動子、振盪器、電子機器及移動體。
於振動元件之振動臂之主面側設置有向該主面敞開之有底之一槽，於另一主面側設置有向該主面敞開之有底之另一槽。於將上述振動臂之厚度設為T，將於俯視下上述振動臂之外緣與上述槽之間之上述主面之沿與上述外延方向正交之方向之寬度設為W，將上述槽之合計設為ta，將ta/T設為η時，滿足4.236×10×η2-8.473×10×η+4.414×10[μm]≦W[μm]≦-3.367×10×η2+7.112×10×η-2.352×10[μm]且0.75≦η<1.00之關係之區域存在於上述振動臂之上述外延方向之至少一部分，於將上述振動臂之上述外延方向之長度設為L，將錘部之上述外延方向之長度設為H時，滿足0.012<H/L<0.30之關係。
Description
本發明係關於一種振動元件、振動子、振盪器、電子機器及移動體。
自先前以來，已知有使用水晶之振動元件(例如參照專利文獻1)。此種振動元件由於頻率溫度特性優異，而作為各種電子機器之基準頻率源或發送源等被廣泛使用。
專利文獻1中記載之振動元件呈音叉型，具有基部及自基部外延之一對振動臂。又，於各振動臂形成有向其上表面及下表面敞開之一對槽。因此，各振動臂呈大致H型之橫截面形狀。藉由將振動臂設為此種形狀，可減少因熱彈性損耗所致之Q值之劣化，可發揮優異之振動特性。然而，於充分減少因熱彈性損耗所致之Q值之劣化時，關於槽之形狀(包含大小)與熱彈性損耗之關係，未進行充分研究。
[專利文獻1]日本專利實開平2-32229號公報
本發明之目的在於提供一種減少因熱彈性損耗所致之Q值之劣化
且具有優異之振動特性之振動元件、具備該振動元件之振動子、振盪器、電子機器及移動體。
本發明係為解決上述問題之至少一部分而完成者，可作為以下之應用例而實現。
本發明之振動元件之特徵在於包含：基部；及一對振動臂，其於俯視下自上述基部外延，且於相互處於正背關係之第1主面及第2主面設置有槽；上述振動臂包含：錘部；及臂部，其於俯視下配置於上述基部與上述錘部之間；於將上述振動臂之厚度設為T，將於俯視下上述振動臂之外緣與上述槽之間之上述主面之沿與上述外延方向正交之方向之寬度設為W，將上述槽之深度之合計設為ta，將ta/T設為η時，滿足4.236×10×η2-8.473×10×η+4.414×10[μm]≦W[μm]≦-3.367×10×η2+7.112×10×η-2.352×10[μm]且0.75≦η<1.00之關係之區域位於上述振動臂之上述外延方向之至少一部分；於將上述振動臂之沿上述外延方向之長度設為L，將上述錘部之上述外延方向之長度設為H時，滿足0.012<H/L<0.30之關係。
藉由滿足此種條件，獲得如下振動元件：可較先前降低熱彈性
損耗，因此獲得較高之Q值，可發揮優異之振動特性。
尤其，藉由滿足0.012<H/L<0.30之關係，可降低CI(Crystal Impedance，水晶阻抗)值之上升。
本發明之振動元件之特徵在於包含：基部；及一對振動臂，其於俯視下自上述基部外延，且於相互處於正背關係之第1主面及第2主面設置有槽；上述振動臂包含：錘部；及臂部，其於俯視下配置於上述基部與上述錘部之間；於將上述振動臂之厚度設為T，將於俯視下上述振動臂之外緣與上述槽之間之上述主面之沿與上述外延方向正交之方向之寬度設為W，將上述槽之深度之合計設為ta，將ta/T設為η時，滿足4.236×10×η2-8.473×10×η+4.414×10[μm]≦W[μm]≦-3.367×10×η2+7.112×10×η-2.352×10[μm]且0.75≦η<1.00之關係之區域位於上述振動臂之上述外延方向之至少一部分；於將上述振動臂之沿上述外延方向之長度設為L，將上述錘部之上述外延方向之長度設為H時，滿足0.183≦H/L≦0.597之關係。
藉由滿足此種條件，獲得如下振動元件：可較先前降低熱彈性損耗，因此獲得較高之Q值，可發揮優異之振動特性。
尤其，藉由滿足0.183≦H/L≦0.597之關係，可謀求小型化，且
減少振動特性之劣化。
於本發明之振動元件中，上述振動臂之厚度較佳為110μm以上且150μm以下。
藉此，可使Q值變高，使CI值變低，並且可藉由濕式蝕刻而容易地製成微細形狀。
於本發明之振動元件中，較佳為，具有如下基本振動模式，即，上述一對振動臂以交替地重複相互接近及分離之方式向上述正交之方向之相互相反側彎曲振動，於將上述基本振動模式之共振頻率設為f0，將與上述基本振動模式不同之振動模式之共振頻率設為f1時，滿足｜f0-f1｜/f0≧0.124之關係。
藉此，可減少基本振動模式與不同於該基本振動模式之振動模式之結合，獲得較高之Q值。
於本發明之振動元件中，較佳為，上述槽具有深度固定之底面。
藉此，與不具有深度固定之底面者相比，可降低熱彈性損耗，可獲得較高之Q值。
於本發明之振動元件中，較佳為，上述槽不具有深度固定之底面。
藉此，與具有深度固定之底面者相比，成為剛性變高而耐衝擊
等者。
本發明之振動子之特徵在於包括：本發明之振動元件；及封裝體，其收納有上述振動元件。
藉此，獲得具有優異之可靠性之振動子。
本發明之振盪器之特徵在於包括：本發明之振動元件；及振盪電路，其與上述振動元件電性連接。
藉此，獲得具有優異之可靠性之振盪器。
本發明之電子機器之特徵在於包括本發明之振動元件。
藉此，獲得具有優異之可靠性之電子機器。
本發明之移動體之特徵在於包括本發明之振動元件。
藉此，獲得具有優異之可靠性之移動體。
1‧‧‧振動子
1A‧‧‧振動子
2‧‧‧振動元件
2A‧‧‧振動元件
3‧‧‧水晶基板
4‧‧‧基部
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5‧‧‧振動臂
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10‧‧‧振盪器
11‧‧‧導電性接著劑
12‧‧‧導電性接著劑
13‧‧‧導電性接著劑
14‧‧‧導電性接著劑
30‧‧‧水晶基板
41A‧‧‧連結臂
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51‧‧‧主面
51a‧‧‧堤部
51b‧‧‧堤部
52‧‧‧主面
52a‧‧‧堤部
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53‧‧‧側面
54‧‧‧側面
55‧‧‧槽
56‧‧‧槽
58‧‧‧臂部
59‧‧‧錘頭
61‧‧‧主面
62‧‧‧主面
63‧‧‧側面
64‧‧‧側面
65‧‧‧槽
66‧‧‧槽
68‧‧‧臂部
69‧‧‧錘頭
71‧‧‧分支部
72‧‧‧連結臂
73‧‧‧連結臂
74‧‧‧支持臂
75‧‧‧支持臂
76‧‧‧固定部
77‧‧‧固定部
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85‧‧‧第2驅動用電極
91‧‧‧基座
92‧‧‧蓋體
100‧‧‧顯示部
120‧‧‧內部端子
411A‧‧‧槽
412A‧‧‧槽
413A‧‧‧堤部
421A‧‧‧槽
422A‧‧‧槽
551‧‧‧底面
561‧‧‧底面
651‧‧‧底面
661‧‧‧底面
911‧‧‧凹部
951‧‧‧連接端子
952‧‧‧貫通電極
953‧‧‧外部端子
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962‧‧‧貫通電極
963‧‧‧外部端子
1100‧‧‧個人電腦
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1304‧‧‧受光單元
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F2‧‧‧曲線
H‧‧‧長度
L‧‧‧長度
M1‧‧‧第1遮罩
M2‧‧‧第2遮罩
M3‧‧‧第3遮罩
M4‧‧‧第4遮罩
S‧‧‧區域
S1‧‧‧區域
S2‧‧‧區域
T‧‧‧厚度
t‧‧‧深度
W‧‧‧寬度
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Y'‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
Z'‧‧‧方向
圖1係本發明之第1實施形態之振動子之俯視圖。
圖2係圖1中之A-A線剖面圖。
圖3係圖1所示之振動子所具有之振動元件之剖面圖(圖1中之B-B線剖面圖)。
圖4係對彎曲振動時之導熱進行說明之振動臂之剖面圖。
圖5係表示Q值與f/fm之關係之曲線圖。
圖6係表示藉由濕式蝕刻形成之振動臂之剖面圖。
圖7係表示W與QTEDa之關係之曲線圖。
圖8係表示η與W之關係之曲線圖。
圖9係表示η與W之關係之曲線圖。
圖10係表示η與W之關係之曲線圖。
圖11係表示η與W之關係之曲線圖。
圖12係表示η與W之關係之曲線圖。
圖13係表示η與W之關係之曲線圖。
圖14(a)-(d)係用以說明圖1所示之振動元件之製造方法之剖面圖。
圖15(a)-(c)係用以說明圖1所示之振動元件之製造方法之剖面圖。
圖16(a)、(b)係表示錘頭佔有率與低R1化指數之關係之曲線圖。
圖17係表示第2實施形態中之H/L與標準化值之關係之曲線圖。
圖18係表示第2實施形態中之H/L與高性能化指數1之關係之曲線圖。
圖19係表示本發明之第3實施形態之振動子之Δf與高性能化指數3之關係之曲線圖。
圖20係本發明之第4實施形態之振動子所具有之振動元件之剖面圖。
圖21係本發明之第5實施形態之振動子之俯視圖。
圖22係表示本發明之振盪器之實施形態之剖面圖。
圖23係表示應用本發明之電子機器之移動型(或筆記型)個人電腦之構成之立體圖。
圖24係表示應用本發明之電子機器之行動電話機(亦包含PHS(Personal Handy-phone System，個人電話系統))之構成之立體圖。
圖25係表示應用本發明之電子機器之數位靜態相機之構成之立體圖。
圖26係表示應用本發明之移動體之汽車之構成之立體圖。
以下，基於圖式所示之較佳實施形態而詳細地說明本發明之振動元件、振動子、振盪器、電子機器及移動體。
1.振動子
首先，對本發明之振動子進行說明。
<第1實施形態>
圖1係本發明之第1實施形態之振動子之俯視圖，圖2係圖1中之A-A線剖面圖，圖3係圖1所示之振動子所具有之振動元件之剖面圖(圖1中之B-B線剖面圖)，圖4係對彎曲振動時之導熱進行說明之振動臂之剖面圖，圖5係表示Q值與f/fm之關係之曲線圖，圖6係表示藉由濕式蝕刻形成之振動臂之剖面圖，圖7係表示W與QTEDa之關係之曲線圖，圖8~圖13係分別表示η與W之關係之曲線圖，圖14及圖15係分別用以說明圖1所示之振動元件之製造方法之剖面圖，圖16係表示錘頭佔有率與低R1化指數之關係之曲線圖。
圖1及圖2所示之振動子1具有振動元件2(本發明之振動元件)及收納振動元件2之封裝體9。以下，依序對振動元件2及封裝體9進行詳細說明。
(振動元件)
如圖1、圖2及圖3所示，本實施形態之振動元件2具有水晶基板(振動片)3及形成於水晶基板3上之第1、第2驅動用電極84、85。再者，於圖1及圖2中，為方便說明，省略第1、第2驅動用電極84、85之圖示。
水晶基板3包含Z切割水晶板。所謂Z切割水晶板係指以Z軸為大致厚度方向之水晶基板。再者，水晶基板3雖亦可為其厚度方向與Z軸一致，但就使常溫附近之頻率溫度變化較小之觀點而言，Z軸相對於厚度方向略微傾斜。即，於將傾斜之角度設為θ度(-5°≦θ≦15°)之情
形時，以包含作為上述水晶之電軸之X軸、作為機械軸之Y軸、作為光軸之Z軸之正交座標系統之上述X軸作為旋轉軸，以將上述Z軸以+Z側向上述Y軸之-Y方向旋轉之方式傾斜θ度而成之軸作為Z'軸，以將上述Y軸以+Y側向上述Z軸之+Z方向旋轉之方式傾斜θ度而成之軸作為Y'軸時，成為將沿Z'軸之方向作為厚度、將包含X軸及Y'軸之面作為主面之水晶基板3。再者，於各圖中，圖示有該等X軸、Y'軸及Z'軸。
水晶基板3係將Y'軸方向設於長度方向，將X軸方向設於寬度方向，將Z'軸方向設於厚度方向。又，水晶基板3遍及其大致全域(除形成有下述槽55、56、57、58之區域以外)地具有大致相同之厚度。作為水晶基板3之厚度(Z'軸方向之長度)T，並無特別限定，較佳為110μm以上且150μm以下，更佳為120μm以上且130μm以下。藉此，可獲得充分之機械強度，又，使Q值變高，使作為等效串聯電阻之CI(水晶阻抗)值變低，並且可藉由濕式蝕刻容易地製成微細形狀。即，若水晶基板3之厚度T未達上述下限值，則根據其他條件，Q值變低，CI值變高，又，有機械強度不足，水晶基板3破損之虞。又，若水晶基板3之厚度T超過上述上限值，則根據其他條件，難以使用濕式蝕刻技法形成微細形狀，又，有導致振動元件2過度大型化之虞。
此種水晶基板3具有基部4、自基部4外延之一對振動臂5、6、及自基部4外延之支持部7。
基部4呈於XY'平面具有擴展，於Z'軸方向上具有厚度之板狀。又，支持部7具有：分支部71，其自基部4之下端外延，於X軸方向上分支；連結臂72、73，其等自分支部向X軸方向兩側外延；及支持臂74、75，其等自連結臂72、73之前端部向-Y'軸方向外延。
振動臂5、6以沿X軸方向(第2方向)排列且相互平行之方式自基部4之-Y'軸側之端向-Y'軸方向(第1方向)外延。該等振動臂5、6分別呈長條形狀，其基端(+Y'軸側之端)成為固定端，前端(-Y'軸側之端)成
為自由端。又，振動臂5、6分別具有：臂部58、68，其等自基部4延伸；及作為錘部之錘頭(寬幅部)359、69，其等設置於臂部58、68之前端部，且寬度寬於臂部58、68。如此，藉由於振動臂5、6之前端部設置錘頭59、69，可使振動臂5、6變短，可謀求振動元件2之小型化。又，與可使振動臂5、6變短相應地，可使以相同頻率使振動臂5、6振動時之振動臂5、6之振動速度較先前變低，因此可降低振動臂5、6振動時之空氣阻力，相應地，Q值提高，可使振動特性提高。再者，此種振動臂5、6呈彼此相同之構成(形狀、大小)。進而，於將振動臂5、6之長度設為固定之情形時，若藉由擴大臂部58、68之沿第2方向之長度(寬度)，而將藉由於振動臂5、6之前端部設置錘頭59、69而降低之彎曲振動之共振頻率維持為與設置錘頭59、69之前相同之共振頻率，則用以供彎曲振動時由臂部58、68產生之熱沿臂部58、68之第2方向流動之路徑變長，故而如下所述般，可藉由於隔熱區域降低熱彈性損耗而使Q值提高，與此同時使CI值變小。
如圖3所示，振動臂5具有：一對主面51、52，其等由XY'平面構成且相互處於正背關係；及一對側面53、54，其等由Y'Z'平面構成且連接一對主面51、52。又，振動臂5具有於主面51開口之有底之槽55及於主面52開口之有底之槽56。槽55、56分別於Y'軸方向上延伸。又，槽55、56分別以包含振動臂5之臂部58之基端部之方式延伸至臂部58之前端部。此種振動臂5於形成有槽55、56之部分呈大致H型之橫截面形狀。
槽55、56較佳為相對於將振動臂5之厚度方向之長度二等分之線段L而對稱地形成。藉此，可減少振動臂5之無用之振動(具體而言為具有面外方向成分之傾斜振動)，可使振動臂5有效率地於水晶基板3之面內方向振動。
與振動臂5同樣地，振動臂6具有：一對主面61、62，其等由XY'
平面構成且相互處於正背關係；及一對側面63、64，其等由Y'Z'平面構成且連接一對主面61、62。又，振動臂6具有於主面61開口之有底之槽65及於主面62開口之有底之槽66。槽65、66分別於Y'軸方向延伸。又，槽65、66分別以包含振動臂6之臂部68之基端部之方式延伸至臂部68之前端部。此種振動臂6於形成有槽65、66之部分呈大致H型之橫截面形狀。
槽65、66較佳為相對於將振動臂6之厚度方向之長度二等分之線段L而對稱地形成。藉此，可減少振動臂6之無用之振動，可使振動臂6有效率地於水晶基板3之面內方向振動。
又，如下所述，槽55、56、65、66若分別藉由濕式蝕刻形成，則如圖6所示般底面傾斜。因此，槽55、56、65、66分別不具有深度固定之底面(平面)。藉此，與具有深度固定之底面者相比，成為剛性變高而耐衝擊等者。
於振動臂5，形成有一對第1驅動用電極84及一對第2驅動用電極85。具體而言，第1驅動用電極84之一者形成於槽55之內表面，另一者形成於槽56之內表面。又，第2驅動用電極85之一者形成於側面53，另一者形成於側面54。同樣地，於振動臂6，亦形成有一對第1驅動用電極84及一對第2驅動用電極85。具體而言，第1驅動用電極84之一者形成於側面63，另一者形成於側面64。又，第2驅動用電極85之一者形成於槽65之內表面，另一者形成於槽66之內表面。若對該等第1、第2驅動用電極84、85之間施加交替電壓，則振動臂5、6以重複相互接近、分離之方式於面內方向(XY'平面方向)以特定之頻率振動。
作為第1、第2驅動用電極84、85之構成，並無特別限定，可藉由金(Au)、金合金、鉑(Pt)、鋁(Al)、鋁合金、銀(Ag)、銀合金、鉻(Cr)、鉻合金、銅(Cu)、鉬(Mo)、鈮(Nb)、鎢(W)、鐵(Fe)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鋅(Zn)、鋯(Zr)等金屬材料、氧化銦錫(ITO)等導電材料而形
成。
以上，對振動元件2簡單地說明其構成。如上所述，藉由於振動元件2之各振動臂5、6形成槽55、56、65、68，可謀求熱彈性損耗之降低，可發揮減少Q值劣化之優異之振動特性。以下，關於該情況，以振動臂5為例具體進行說明。
如上所述，振動臂5藉由於第1、第2驅動用電極84、85間施加交替電壓而於面內方向彎曲振動。如圖4所示，於該彎曲振動時，若振動臂5之側面53收縮，則側面54擴展，反之，若側面53擴展，則側面54收縮。側面53、54中之收縮之面側之溫度上升，擴展之面側之溫度下降，因此於側面53與側面54之間、即於振動臂5之內部產生溫度差。因由此種溫度差產生之導熱而產生振動能量之損耗，因此振動元件2之Q值降低。亦將此種Q值之降低稱為熱彈性效應，亦將因熱彈性效應所致之能量之損耗稱為熱彈性損耗。
於如振動元件2之構成之彎曲振動模式之振動元件中，振動臂5之彎曲振動頻率(機械彎曲振動頻率)f變化時，振動臂5之彎曲振動頻率與緩和振動頻率fm一致時，Q值成為最小。該緩和振動頻率fm可利用fm=1/(2πτ)求出(其中，式中π為圓周率，τ為至利用導熱使溫度差達到溫度平衡之緩和時間)。
又，緩和振動頻率fm可利用下述式(1)求出。
fm=πk/(2ρCpa2)‧‧‧‧(1)
再者，π為圓周率，k為振動臂5之振動方向之導熱率，ρ為振動臂5之質量密度，Cp為振動臂5之熱容量，a為振動臂5之振動方向之寬度。於對式(1)之導熱率k、質量密度ρ、熱容量Cp輸入振動臂5之材料本身(即水晶)之常數之情形時，求出之緩和振動頻率fm成為於振動臂5未設置槽55、56之情形時之值。
如圖4所示，於振動臂5中，以位於側面53、54之間之方式形成
有槽55、56。因此，用以藉由導熱使振動臂5之彎曲振動時產生之側面53、54之溫度差達到溫度平衡之熱移動路徑係以繞過槽55、56之方式形成，熱移動路徑較側面53、54間之直線距離(最短距離)變長。因此，與於振動臂5未設置槽55、56之情形相比，緩和時間τ變長，緩和振動頻率fm降低。
圖5係表示彎曲振動模式之振動元件之Q值之f/fm依存性之曲線圖。於該圖中，由虛線所示之曲線F1表示如振動元件2般於振動臂形成有槽之情形(振動臂之橫截面形狀為H型之情形)，由實線所示之曲線F2表示於振動臂未形成槽之情形(連結臂之橫截面形狀為矩形之情形)。
如圖5所示，曲線F1、F2之形狀無差異，但伴隨著如上所述之緩和振動頻率fm之降低，曲線F1相對於曲線F2向頻率降低方向偏移。因此，只要滿足f/fm>1之關係，則於振動臂形成有槽之振動元件之Q值始終高於在振動臂未形成槽之振動元件之Q值。
再者，於圖5中，亦將f/fm<1之區域稱為等溫區域，於該等溫區域，隨著f/fm變小，Q值變高。其原因在於，隨著振動臂之機械頻率降低(振動臂之振動變慢)，不易產生如上所述之振動臂內之溫度差。另一方面，亦將f/fm>1之區域稱為隔熱區域，於該隔熱區域，隨著f/fm變大，Q值變高。其原因在於，隨著振動臂之機械頻率變高，各側面之溫度上升、溫度降低之切換變得高速，而無產生如上所述之導熱之時間。據此，所謂滿足f/fm>1之關係，亦可換言之為f/fm處於隔熱區域。
再者，第1、第2驅動用電極84、85之構成材料(金屬材料)與作為振動臂5、6之構成材料之水晶相比，導熱率較高，因此於振動臂5中，積極地進行經由第1驅動用電極84之導熱，於振動臂6中，接觸性地進行經由第2驅動用電極85之導熱。若積極地進行此種經由第1、第
2驅動用電極84、85之導熱，則緩和時間τ變短。因此，較佳為，藉由於振動臂5中以槽55、56之底面將第1驅動用電極84分割為側面53側與側面54側，於振動臂6中以槽65、66之底面將第2驅動用電極85分割為側面63側與側面64側，而抑制或減少產生如上所述之導熱。其結果為，防止緩和時間τ變短，而獲得具有更高之Q值之振動元件2。
以上，對熱彈性損耗進行了說明。
於振動元件2中，當設為fm=πk/(2ρCpa2)時滿足f/fm>1之範圍，而且以如下方式構成：藉由於振動臂5、6形成特定形狀之槽55、56、65、66，而獲得高於先前之振動元件之Q值。以下，對形成於振動臂5、6之槽55、56、65、66之構成進行具體說明。再者，振動臂5、6為相互相同之構成，因此以下對形成於振動臂5之槽55、56代表性地進行說明，對形成於振動臂6之槽65、66省略其說明。
如圖3所示，於振動元件2中，主面51之位於槽55之X軸方向兩側之堤部(沿與振動臂5之長度方向正交之寬度方向隔著槽55排列之主面)51a、51b之寬度(X軸方向之長度)相互大致相等，於將該堤部51a、51b之寬度設為W，將振動臂5之厚度(Z'軸方向之長度)設為T，將槽55、56之最大深度之合計設為ta(於圖示之例中為2t)，將ta/T設為η時，滿足由下述式(2)所示之關係。
4.236×10×η2-8.473×10×η+4.414×10[μm]≦W[μm]≦-3.367×10×η2+7.112×10×η-2.352×10[μm]‧‧‧‧(2)
其中，0.75≦η<1.00。
上述W亦可稱為於俯視下振動臂5之外緣與槽55之間之主面51之沿與振動臂5之外延方向(-Y'軸方向)正交之方向(X軸方向)之寬度。
再者，關於主面52之位於槽56之X軸方向兩側之堤部(部位)52a、52b之寬度，亦滿足相同之關係。
藉由於振動臂5之至少一部分存在滿足式(2)之區域S，可獲得發
揮較先前優異之振動特性之振動元件2。再者，滿足式(2)之區域S只要存在於振動臂5之長度方向之一部分即可，但較佳為包含振動臂5之基端部而存在。基端部係於振動臂5中亦大幅地彎曲變形之部分，且係容易對振動臂5之整體之振動特性造成影響之部位。因此，藉由使區域S至少存在於基端部，可獲得更確實且有效地發揮較先前優異之振動特性之振動元件2。又，換言之，藉由使區域S至少存在於振動臂5之彎曲變形量成為最大之部位，可獲得更確實且有效地發揮較先前品優異之振動特性之振動元件2。更具體而言，可以說，區域S較佳為包含自臂部58之基端部朝向前端部相對於臂部58之長度為30%之長度之區域而存在。
如圖1所示，於本實施形態之振動元件2中，臂部58以於除其兩端部以外之大致全域(區域S1)成為大致相同之寬度及厚度之方式構成，而且，槽55、56以於全域(區域S2)成為大致相同之寬度及深度之方式形成。於振動元件2中，此種區域S1、S2重合之區域構成區域S，因此可使區域S於振動臂5之長度方向上較長地存在。因此，上述效果更顯著。
再者，上述式(2)係將僅考慮到熱彈性損耗之Q值設為QTED，且該QTED高於特定值之條件。
以下繼續進行說明，但將QTED標準化而進行該說明。QTED之標準化係將η無限接近於1時預想之QTED設為1而進行。即，將η無限接近於1時預想之QTED設為QTED(η=1)，將標準化之前之QTED設為QTEDb，將標準化後之QTED設為QTEDa時，該QTEDa係由QTEDb/QTED(η=1)表示。
首先，上述式(2)係成為QTEDa≧0.65之條件。而且，成為QTEDa≧0.70、QTEDa≧0.75、QTEDa≧0.80、QTEDa≧0.85、QTEDa≧0.90之條件分別如下所述。
(QTEDa≧0.70)
成為QTEDa≧0.70之條件係滿足由下述式(3)表示之關係。
5.459×10×η2-1.110×102×η+5.859×10[μm]≦W[μm]≦-4.500×10×η2+9.490×10×η-3.698×10[μm]‧‧‧‧(3)
其中，0.80≦η<1.00
(QTEDa≧0.75)
成為QTEDa≧0.75之條件係滿足由下述式(4)所示之關係。
6.675×10×η2-1.380×102×η+7.392×10[μm]≦W[μm]≦-5.805×10×η2+1.228×102×η-5.267×10[μm]‧‧‧‧(4)
其中，0.85≦η<1.00
(QTEDa≧0.80)
成為QTEDa≧0.80之條件係滿足由下述式(5)所示之關係。
7.752×10×η2-1.634×102×η+8.903×10[μm]≦W[μm]≦-6.993×10×η2+1.496×102×η-6.844×10[μm]‧‧‧‧(5)
其中，0.90≦η<1.00
(QTEDa≧0.85)
成為QTEDa≧0.85之條件係滿足由下述式(6)所示之關係。
-1.847×10×η+2.217×10[μm]≦W[μm]≦1.189×10×η-8.433[μm]‧‧‧‧(6)
其中，0.95≦η<1.00
(QTEDa≧0.90)
成為QTEDa≧0.90之條件係滿足由下述式(6')所示之關係。
-3.300×10×η+3.730×10[μm]≦W[μm]≦3.302×10×η-2.333×10[μm]‧‧‧‧(6')
其中，0.95≦η<1.00
以下，基於藉由發明者所進行之模擬而解析之結果，驗證該等條件。再者，以下，以使用將Z切割水晶板圖案化而成且彎曲振動頻
率(機械彎曲振動頻率)f=32.768kHz之振動元件2的模擬為代表而使用，由發明者確認，於彎曲振動頻率f為32.768kHz±1kHz之範圍內，與由下述所示之模擬所得之解析結果幾乎無差別。
又，於本模擬中，使用藉由濕式蝕刻將水晶基板3圖案化之振動元件2。因此，如圖6所示，槽55、56成為出現水晶之結晶面之形狀。再者，於圖6中表示相當於圖1中之B-B線剖面之剖面。由於-X軸方向之蝕刻速率低於+X軸方向之蝕刻速率，故而-X軸方向之側面成為相對平緩之傾斜，+X軸方向之側面成為接近於垂直之傾斜。
又，關於本模擬中使用之振動元件2之水晶基板3之尺寸，長度為1160μm，寬度為520μm，厚度即振動臂5、6之各者之厚度T為120μm。再者，由發明者確認，即便變更長度、寬度、厚度，亦與下述所示之模擬結果幾乎無差別。又，本模擬中使用未形成第1、第2驅動用電極84、85之振動元件2。
圖7係表示將η分別設為0.40、0.60、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95、0.99時之堤部51a、51b、52a、52b之寬度W與QTEDa之關係之曲線圖。又，將於振動元件2應達成之QTEDa之下限值Qmin設為0.65，以線段L1表示。藉由將QTEDa設為該值以上，可發揮優異之振動特性。
由圖7可知，於η為0.75、0.80、0.85、0.90、0.95、0.99時，存在QTEDa為0.65以上之區域。據此可知，如上所述，成為QTEDa≧0.65必須滿足「0.75≦η<1.00」之關係。
又，圖8係對圖7中各曲線與QTEDa=0.65交叉之各點進行繪圖所獲得之曲線圖，且係表示QTEDa=0.65(Qmin)之情形時η與W之關係之曲線圖。
於此情形時，表示W之下限值之曲線係由下述式(7)表示。
W[μm]=4.236×10×η2-8.473×10×η+4.414×10[μm]‧‧‧‧(7)
又，表示W之上限值之曲線係由下述式(8)表示。
W[μm]=-3.367×10×η2+7.112×10×η-2.352×10[μm]‧‧‧‧(8)
因此，由圖8可知，藉由滿足由上述式(2)所示之關係，可獲得具有0.65以上之QTEDa之振動元件2。由以上證明，藉由滿足式(2)，可獲得0.65以上之較高之QTEDa，而成為振動特性優異之振動元件2。
同樣地，由圖7可知，於η為0.80、0.85、0.90、0.95、0.99時，存在QTEDa為0.70以上之區域。據此可知，如上所述，成為QTEDa≦0.70必須滿足「0.80≦η<1.00」之關係。
又，圖9係對圖7中各曲線與QTEDa=0.70交叉之各點進行繪圖所獲得之曲線圖，且係表示QTEDa=0.70(Qmin)之情形時η與W之關係之曲線圖。
於此情形時，表示W之下限值之曲線係由下述式(9)表示。
W[μm]=5.459×10×η2-1.110×102×η+5.859×10[μm]‧‧‧‧(9)
又，表示W之上限值之曲線圖係由下述式(10)表示。
W[μm]=-4.500×10×η2+9.490×10×η-3.698×10[μm]‧‧‧‧(10)
因此，由圖9可知，藉由滿足由上述式(3)所示之關係，可獲得具有0.70以上之QTEDa之振動元件2。由以上證明，藉由滿足式(3)，可獲得0.70以上之較高之QTEDa，而成為振動特性優異之振動元件2。
同樣地，由圖7可知，於η為0.85、0.90、0.95、0.99時，存在QTEDa為0.75以上之區域。據此可知，如上所述，成為QTEDa≧0.75必須滿足「0.85≦η<1.00」之關係。
又，圖10係對圖7中各曲線與QTEDa=0.75交叉之各點進行繪圖所獲得之曲線圖，且係表示QTEDa=0.75(Qmin)之情形時η與W之關係之曲線圖。
於此情形時，表示W之下限值之曲線係由下述式(11)表示。
W[μm]=6.675×10×η2-1.380×102×η+7.392×10[μm]‧‧‧‧(11)
又，表示W之上限值之曲線係由下述式(12)表示。
W[μm]=-5.805×10×η2+1.228×102×η-5.267×10[μm]‧‧‧‧(12)
因此，由圖10可知，藉由滿足由上述式(4)所示之關係，可獲得具有0.75以上之QTEDa之振動元件2。由以上證明，藉由滿足式(4)，可獲得0.75以上之較高之QTEDa，而成為振動特性優異之振動元件2。
同樣地，由圖7可知，於η為0.90、0.95、0.99時，存在QTEDa為0.80以上之區域。據此可知，如上所述，成為QTEDa≧0.80必須滿足「0.90≦η<1.00」之關係。
又，圖11係對圖7中各曲線與QTEDa=0.80交叉之各點進行繪圖所獲得之曲線圖，且係表示QTEDa=0.80(Qmin)之情形時η與W之關係之曲線圖。
於此情形時，表示W之下限值之曲線係由下述式(13)表示。
W[μm]=7.752×10×η2-1.634×102×η+8.903×10[μm]‧‧‧‧(13)
又，表示W之上限值之曲線係由下述式(14)表示。
W[μm]=-6.993×10×η2+1.496×102×η-6.844×10[μm]‧‧‧‧(14)
因此，由圖11可知，藉由滿足由上述式(5)所示之關係，可獲得具有0.80以上之QTEDa之振動元件2。由以上證明，藉由滿足式(5)，可獲得0.80以上之較高之QTEDa，而成為振動特性優異之振動元件2。
同樣地，由圖7可知，於η為0.95、0.99時，存在QTEDa為0.85以上之區域。據此可知，如上所述，成為QTEDa≧0.85必須滿足「0.95≦η<1.00」之關係。
又，圖12係對圖7中各曲線與QTEDa=0.85交叉之各點進行繪圖所獲得之曲線圖，且係表示QTEDa=0.85(Qmin)之情形時η與W之關係之曲線圖。
於此情形時，表示W之下限值之曲線係由下述式(15)表示。
W[μm]=-1.847×10×η+2.217×10[μm]‧‧‧‧(15)
又，表示W之上限值之曲線係由下述式(16)表示。
W[μm]=1.189×10×η-8.433[μm]‧‧‧‧(16)
因此，由圖12可知，藉由滿足由上述式(6)所示之關係，可獲得具有0.85以上之QTEDa之振動元件2。由以上證明，藉由滿足式(6)，可獲得0.85以上之較高之QTEDa，而成為振動特性優異之振動元件2。
再者，圖13係對圖7中各曲線與QTEDa=0.90交叉之各點進行繪圖所獲得之曲線圖，且係表示QTEDa=0.90(Qmin)之情形時η與W之關係之曲線圖。
於此情形時，表示W之下限值之曲線係由下述式(15')表示。
W=-3.300×10×η+3.730×10[μm]‧‧‧‧(15')
又，表示W之上限值之曲線係由下述式(16')表示。
W=3.302×10×η-2.333×10[μm]‧‧‧‧(16')
因此，由圖13可知，藉由滿足由上述式(6')所示之關係，可獲得具有0.90以上之QTEDa之振動元件2。由以上證明，藉由滿足式(6')，可獲得0.90以上之較高之QTEDa，而成為振動特性優異之振動元件2。
接下來，對振動臂5、6之全長與錘頭59、69之長度之關係進行說明。振動臂5、6為相互相同之構成，因此以下對振動臂5代表性地進行說明，對振動臂6省略其說明。
如圖1所示，將振動臂5之長度方向(外延方向)之長度(Y'軸方向之長度)設為L，將錘頭59之上述長度方向之長度(Y'軸方向之長度)設為H時，振動臂5滿足0.012<H/L<0.30之關係。若滿足該關係，則無特別限定，進而較佳為滿足0.046<H/L<0.223之關係。藉由滿足此種關係，將振動元件2之CI值抑制為較低，因此成為振動損耗較少而具有優異之振動特性之振動元件2。
再者，錘頭59係設為具有相對於臂部58之寬度(X軸方向之長度)為1.5倍以上之寬度之區域。又，振動臂58之基端係設為位於振動臂58之基端部外側之錐形部之終點。
接下來，基於模擬結果，證明藉由滿足1.2%<H/L<30.0%之關係及1.5≦W2/W1≦10.0之關係，可發揮上述效果。再者，本模擬係使用1根振動臂5進行。又，本模擬中使用之振動臂5包含水晶Z板(旋轉角0°)。又，關於振動臂5之尺寸，全長L為1210μm，厚度為100μm，臂部51之寬度為98μm，錘頭59之寬度為172μm，槽55、56之深度t均為45μm，堤部51a、51b之寬度W分別為6.5μm。於此種振動臂5中，使錘頭59之長度H變化而進行模擬。再者，由發明者確認，即便變更振動臂5之尺寸，亦成為與下述所示之模擬結果相同之傾向。
下述表1係表示使錘頭59之長度H變化時CI值之變化之表。再者，本模擬中，以如下方式算出各樣品之CI值。首先，藉由有限元素法(finite element method)，求出僅考慮到熱彈性損耗之Q值。其次，由於Q值具有頻率依存性，故而將所求出之Q值換算成32.768kHz時之Q值(F轉換後Q值)。其次，基於F轉換後Q值，算出R1(CI值)。其次，由於CI值亦具有頻率依存性，故而將所求出之R1換算成32.768kHz時之R1，取其倒數設為「低R1指數」。低R1指數係將所有模擬中為最大之倒數設為1時之指數。因此，意味著，低R1指數越接近於1，CI值越小。圖8(a)中表示以橫軸為錘頭佔有率(H/L)、以縱軸為低R1化指數進行繪圖所得之曲線圖，(b)中表示將該圖(a)之一部分放大之曲線圖。
再者，將Q值換算成F轉換後Q值之方法如下。
使用下述式(31)、(31)進行如下計算。
f0=πk/(2ρCpa2)...(31)
Q={ρCp/(Cα2H)}×[{1+(f/f0)2}/(f/f0)]...(32)
其中，式(31)、(32)中之π為圓周率，k為振動臂5之寬度方向之熱電導率，ρ為質量密度，Cp為熱容量，C為振動臂5之長度方向之伸縮之彈性勁度常數(elastic stiffness constant)，α為振動臂5之長度方向之熱膨脹率，H為絕對溫度，f為固有頻率。又，a係將振動臂5視為平板形狀時之寬度(有效寬度)。再者，即便於在振動臂5未形成槽55、56之情形時，亦可使用此時之a值進行向F轉換後Q值之換算。
首先，將模擬中使用之振動臂5之固有頻率設為F1，將所求出之Q值設為Q1，使用式(31)、(32)求出如成為f=F1、Q=Q1之a的值。其次，使用所求出之a，又，設為f=32.768kHz，根據式(32)算出Q之值。以此方式獲得之Q值成為F轉換後Q值。
發明者求出低R1化指數成為0.87以上之振動元件2。由表1及圖16之曲線圖可知，若為滿足1.2%<H/L<30.0%之關係者(SIM002~SIM011)，則低R1化指數成為目標之0.87以上。尤其可知，若為滿足
4.6%<H/L<22.3%之關係者(SIM003~SIM008)，則低R1化指數超過0.95，CI值變得更低。由以上之模擬結果證明，藉由滿足1.2%<H/L<30.0%之關係，可獲得CI值得到充分抑制之振動元件2。
(封裝體)
如圖1及圖2所示，封裝體9具有：箱狀之基座91，其具有向上表面敞開之凹部911；及板狀之蓋體92，其以蓋住凹部911之開口之方式接合於基座91。此種封裝體9具有藉由凹部911由蓋體92蓋住而形成之收納空間，且於該收納空間氣密性地收納有振動元件2。振動元件2係於支持臂74、75之前端部，經由於例如環氧系、丙烯酸系之樹脂中混合有導電性填料之導電性接著劑11、12、13、14而固定於凹部911之底面。
再者，收納空間內可成為減壓(較佳為真空)狀態，亦可封入有氮氣、氦氣、氬氣等惰性氣體。藉此，振動元件2之振動特性提高。
作為基座91之構成材料，並無特別限定，可使用氧化鋁等各種陶瓷。又，作為蓋體92之構成材料，並無特別限定，只要為線膨脹係數與基座91之構成材料近似之構件即可。例如，於將基座91之構成材料設為如上所述之陶瓷之情形時，較佳為設為科伐合金等合金。再者，基座91與蓋體92之接合並無特別限定，例如可經由接著劑接合，亦可藉由縫熔接等接合。
又，於基座91之凹部911之底面形成有連接端子951、961。雖未圖示，但振動元件2之第1驅動用電極84被引出至支持臂74之前端部，且於該部分經由導電性接著劑11、12而與連接端子951電性連接。同樣地，雖未圖示，但振動元件2之第2驅動用電極85被引出至支持臂75之前端部，且於該部分經由導電性接著劑13、14而與連接端子961電性連接。
又，連接端子951係經由貫通基座91之貫通電極952而與形成於
基座91之底面之外部端子953電性連接，連接端子961係經由貫通基座91之貫通電極962而與形成於基座91之底面之外部端子963電性連接。
作為連接端子951、961、貫通電極952、962及外部端子953、963之構成，只要分別具有導電性，則無特別限定，例如可包含在Cr(鉻)、W(鎢)等之金屬化層(基底層)積層Ni(鎳)、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)等之各覆膜而成之金屬覆膜。
(振動元件之製造方法)
接下來，基於圖14及圖15對振動元件2之製造方法(本發明之製造方法)進行說明。再者，圖14及圖15係分別對應於圖1中之B-B線剖面之剖面圖。
振動元件2之製造方法具有藉由利用濕式蝕刻法將水晶基板圖案化，而形成具有基部4、振動臂5、6、及支持部7之水晶基板3之步驟，且將形成於振動臂5、6之槽55、56、65、66以滿足上述關係之方式形成。以下，詳細地進行說明。
首先，如圖14(a)所示，準備Z切割之水晶基板30。水晶基板30係經由下述加工而成為水晶基板3之構件。其次，如圖14(b)所示，使用光微影法等於水晶基板30之上表面形成第1遮罩M1，並且於下表面形成第2遮罩M2。第1、第2遮罩M1、M2係對應於水晶基板3之外形形狀而形成之遮罩。其次，經由第1、第2遮罩M1、M2對水晶基板30進行濕式蝕刻。藉此，如圖14(c)所示，一體地形成基部4、未形成槽之振動臂5、6、及支持部7(其中，關於基部4及支持部7未予以圖示)。
其次，如圖14(d)所示，於水晶基板30之上表面形成第3遮罩M3，並且於下表面形成第4遮罩M4。第3遮罩M3係對應於槽55、65之外形形狀而形成之遮罩，第4遮罩M4係對應於槽56、66之外形形狀而形成之遮罩。
其次，藉由經由第3、第4遮罩M3、M4對水晶基板30進行濕式蝕
刻，如圖15(a)所示，於振動臂5形成槽55、56，並且於振動臂6形成槽65、66。藉此，獲得水晶基板3。再者，此時，以槽55、56、65、66之最大深度t成為特定值之方式，控制濕式蝕刻之蝕刻時間。如此，藉由利用濕式蝕刻形成水晶基板3(尤其槽55、56、65、66)，可形成如上述模擬中使用之出現水晶之結晶面之槽55、56、65、66。
其次，如圖15(b)所示，藉由蒸鍍等於水晶基板3之表面形成金屬膜8。其次，如圖15(c)所示，例如藉由經由未圖示之遮罩將金屬膜8圖案化，而形成第1、第2驅動用電極84、85。藉由以上，獲得振動元件2。根據此種製造方法，可簡單地製造具有優異之振動特性之振動元件2。
<第2實施形態>
接下來，對本發明之振動子之第2實施形態進行說明。
圖17係表示第2實施形態中之H/L與標準化值之關係之曲線圖，圖18係表示第2實施形態中之H/L與高性能化指數1之關係之曲線圖。
再者，對第2實施形態之振動子，以與上述第1實施形態之不同點為中心進行說明，對於相同之事項省略其說明。
本發明之第2實施形態之振動子除振動臂5、6之全長及錘頭59、69之長度之關係不同以外，與上述第1實施形態相同。
再者，振動臂5、6為相互相同之構成，因此，以下對振動臂5代表性地進行說明，對振動臂6省略其說明。
如圖1所示，於該振動子1中，將振動臂5之長度方向(外延方向)之長度(Y'軸方向之長度)設為L，將錘頭59之上述長度方向之長度(Y'軸方向之長度)設為H時，振動臂5滿足由下述式(33)所示之關係。此處，錘頭59係設為具有相對於臂部58之寬度(X軸方向之長度)為1.5倍以上之寬度之區域。
0.183≦H/L≦0.597‧‧‧‧(33)
只要滿足該關係，則無特別限定，進而，較佳為滿足0.238≦H/L≦0.531之關係。藉由滿足此種關係，可獲得兼顧小型化及Q值之提高之振動元件2。
以下，基於圖17、圖18對由滿足上述式(33)產生之效果進行說明。再者，錘頭59、69具有相同之形狀，因此以下代表性地說明錘頭59。
圖17中表示將錘頭59之長度H與振動臂5之共振頻率之關係指數化之曲線G1、及將錘頭59之長度H與振動臂5之Q值之關係指數化之曲線G2。再者，由曲線G2所示之Q值係僅考慮到熱彈性損耗者。又，以下，亦將曲線G1之縱軸稱為「低頻化指數」，亦將曲線G2之縱軸稱為「高Q值化指數」。
又，用以求出曲線G1、G2之模擬係使用1根振動臂5進行。本模擬中使用之振動臂5包含水晶Z板(旋轉角0°)。又，關於振動臂5之尺寸，全長為1210μm，厚度為100μm，臂部58之寬度為98μm，錘頭59之寬度為172μm，槽55、56之深度t均為45μm，堤部51a、51b、52a、52b之寬度W分別為6.5μm。於此種振動臂5中，使錘頭59之長度H變化而進行模擬。再者，由發明者確認，即便變更振動臂5之尺寸，亦成為與下述所示之模擬結果相同之傾向。
於圖17中，曲線G1係指於標準化值(低頻化指數)=1之點(H/L=0.51)，振動臂5之共振頻率最低，曲線G2係指於標準化值(高Q值化指數)=1之點(H/L=0.17)，振動臂5之Q值最高。振動臂5之共振頻率越低，則可使振動元件2越小型化，因此藉由設為H/L=0.51(以下亦稱為「條件1」)，可使振動元件2最小型化。又，使Q值越高，則熱彈性損耗越小，可發揮越優異之振動特性，因此藉由設為H/L=0.17(以下亦稱為「條件2」)，可製成具有最優異之振動特性之振動元件2。
然而，由圖17亦可知，於H/L=0.51時，高Q值化指數未充分變
高，於H/L=0.17時，低頻化指數未充分變高。因此，僅滿足條件1，無法獲得優異之振動特性，反之，僅滿足條件2，無法充分地謀求振動元件2之小型化。
因此，作為用以兼顧振動元件2之小型化與振動特性之提高之指數，設定「高性能化指數1」，將高性能化指數1與H/L之關係示於圖18。再者，[高性能化指數1]係由[低頻化指數]×[高Q值化指數]×[修正值]表示。又，高性能化指數1係將其中最大之數值設為1時之指數。又，上述[修正值]係用以使以1根振動臂5進行之模擬適配於具有2根振動臂5、6之振動元件2之修正值。因此，藉由使用修正值，可使高性能化指數1更接近於振動元件2之物性。
此處，若高性能化指數1為0.8以上，則可獲得充分地兼顧小型化與振動特性之提高之振動元件2。因此，於振動元件2中，以滿足0.183≦H/L≦0.597之關係之方式設定錘頭59之長度H。即，以滿足上述式(33)之方式構成振動元件2。又，較佳為，於該範圍中亦以高性能化指數1成為0.9以上之方式滿足0.238≦H/L≦0.531之關係。藉此，可獲得進而兼顧小型化與振動特性之提高之振動元件2。
根據此種第2實施形態，亦可發揮與上述第1實施形態相同之效果。
再者，第2實施形態亦可應用於下述第3、第4、第5實施形態。
<第3實施形態>
其次，對本發明之振動子之第3實施形態進行說明。
再者，對第3實施形態之振動子，以與上述第1實施形態之不同點為中心進行說明，對於相同之事項省略其說明。
於本發明之第3實施形態之振動子1中，振動元件2具有振動臂5與振動臂6以交替地重複相互接近及背離之方式向X軸方向(第2方向)之相互相反側彎曲振動之基本振動模式(X逆相模式)。
而且，振動元件2於將基本振動模式(X逆相模式)之共振頻率設為f0，將與基本振動模式(X逆相模式)不同之振動模式(寄生振動模式)之共振頻率設為f1時，滿足下述式(17)之關係。藉此，減少寄生振動模式向基本振動模式之結合，成為具有優異之振動特性(振動平衡優異且振動洩漏較少之特性)之振動元件2。
｜f0-f1｜/f0≧0.124‧‧‧‧(17)
若詳細地說明，則振動元件2將基本振動模式設為所期望之振動模式，因此設計為基本振動模式振動之狀態下之振動洩漏變小。其藉由如下方式實現，即，如自先前以來進行般，將2根振動臂5、6連接於基部4，於基部4中抵消向相互相反之方向移位之振動成分。然而，於與寄生振動模式結合之狀態之基本振動模式振動之情形時，其能量亦被分讓給寄生振動模式，寄生振動模式之振動姿態於基本振動模式之共振頻率下產生。因此，於未成為寄生振動模式之振動不易洩漏之設計之狀態下，振動自被保持之部分向外部洩漏。
以下，基於發明者等人進行之實驗結果，證明該情況。再者，本實驗係使用將Z切割水晶板圖案化而成之振動元件2。又，關於該振動元件2之水晶基板3之尺寸，長度為1160μm，寬度為520μm，厚度即振動臂5、6之各者之厚度為114μm，振動臂5、6之各者之長度為930μm，振動臂5、6之臂部58、59之各者之寬度為60μm。再者，由發明者等人確認，即便變更各尺寸，亦與下述所示之結果幾乎無差別。
又，本實驗中，作為寄生振動模式，採用振動臂5、6向X軸方向之相同側彎曲振動之「X同相模式」，但寄生振動模式中除包含X同相模式以外，亦包含振動臂5、6向Z軸之相同側彎曲振動之「Z同相模式」、振動臂5、6向Z軸之相反側彎曲振動之「Z逆相模式」、振動臂5、6向繞Y'軸之相同方向扭轉之「扭轉同相模式」、振動臂5、6繞Y'
軸向相互相反之方向扭轉之「扭轉逆相模式」等。該等除X同相模式以外之寄生振動模式之共振頻率被視為與本實驗結果中之X同相模式之共振頻率同等，因此可減弱基本振動模式與寄生振動模式之結合，抑制振動洩漏之增大。
下述表2中表示4個樣品SAM1~SAM4之基本振動模式(X逆相模式)之共振頻率f0、X同相模式之共振頻率f1、頻率差Δf、高性能化指數3。Δf係由下述式(18)表示，高性能化指數3係將全部樣品中最高之Q值設為1時之指數。因此，意味著，高性能化指數3越接近於1，Q值越高。又，將對各樣品SAM1~SAM4之高性能化指數3進行繪圖所得之曲線圖示於圖19。
Δf=｜f0-f1｜/f0‧‧‧‧(18)
此處，若高性能化指數3為0.8以上，則獲得Q值足夠高之(具有優異之振動特性之)振動元件2，若高性能化指數3為0.9以上，則獲得Q值更高之振動元件2，若高性能化指數3為1，則獲得Q值進而較高之振動元件2。連結各樣品之高性能化指數3之二次式(近似式)係由下述式(19)表示。因此，由式(19)可知，當高性能化指數3=0.8時，Δf=0.124，當高性能化指數3=0.9時，Δf=0.145，當高性能化指數=1時，Δf=0.2。
-4.016×10×Δf2+1.564×10×Δf-5.238×10-1‧‧‧‧(19)
因此，可證明，藉由滿足上述式(17)，成為具有優異之振動特性之振動元件2，藉由滿足下述式(20)，成為具有更優異之振動特性之振動元件2，藉由滿足下述式(21)，成為具有進而優異之振動特性之振動元件2。
｜f0-f1｜/f0≧0.145‧‧‧‧(20)
｜f0-f1｜/f0≧0.2‧‧‧‧(21)
根據此種第3實施形態，亦可發揮與上述第1實施形態相同之效果。
再者，第3實施形態亦可應用於下述第4、第5實施形態。
<第4實施形態>
其次，對本發明之振動子之第4實施形態進行說明。
圖20係本發明之第4實施形態之振動子所具有之振動元件之剖面圖(相當於圖6之圖)。
以下，對第4實施形態之振動子，以與上述第1實施形態之不同點為中心進行說明，對於相同之事項省略其說明。
本發明之第4實施形態之振動子除振動元件之構成不同以外，與上述第1實施形態相同。
如圖20所示，槽55、56、65、66分別具有深度固定之底面(平面)551、561、651、661。藉此，與不具有深度固定之底面者相比，必須更長地通過因彎曲振動產生之熱流動之路徑較窄之區域，因此可降低熱彈性損耗，可獲得較高之Q值。
根據此種第4實施形態，亦可發揮與上述第1實施形態相同之效果。
再者，第4實施形態亦可應用於下述第5實施形態。
<第5實施形態>
其次，對本發明之振動子之第5實施形態進行說明。
圖21係本發明之第5實施形態之振動子之俯視圖。
以下，對第5實施形態之振動子，以與上述第1實施形態之不同點為中心進行說明，對於相同之事項省略其說明。
本發明之第5實施形態之振動子除振動元件之構成不同以外，與上述第1實施形態相同。
如圖21所示，振動子1A之振動元件2A具有基部4、自基部4向-Y'軸方向外延之振動臂5、6、及自基部4向-Y'軸方向外延之支持臂7A。此種振動子1A係於支持臂7A之固定部76、77經由接著劑安裝於封裝體9。再者，振動臂5、6具有臂部58、68及錘頭59、69。
根據此種第5實施形態，亦可發揮與上述第1實施形態相同之效果。
2.振盪器
接下來，對應用本發明之振動元件之振盪器(本發明之振盪器)進行說明。
圖22係表示本發明之振盪器之實施形態之剖面圖。
圖22所示之振盪器10具有振動子1及用以驅動振動元件2之IC(integrated circuit，積體電路)晶片80。以下，對振盪器10，以與上述振動子之不同點為中心進行說明，對於相同之事項省略其說明。
如圖22所示，於振盪器10中，於基座91之凹部911固定有IC晶片80。IC晶片80與形成於凹部911之底面之複數個內部端子120電性連接。複數個內部端子120中有與連接端子951、961連接者及與外部端子953、963連接者。IC晶片80具有用以控制振動元件2之驅動之振盪電路(電路)。若藉由IC晶片80驅動振動元件2，則可擷取特定頻率之信號。
3.電子機器
接下來，對應用本發明之振動元件之電子機器(本發明之電子機
器)進行說明。
圖23係表示應用本發明之電子機器之移動型(或筆記型)個人電腦之構成之立體圖。於該圖中，個人電腦1100包括具備鍵盤1102之本體部1104及具備顯示部100之顯示單元1106，顯示單元1106係可經由鉸鏈構造部相對於本體部1104旋動地受到支持。於此種個人電腦1100，內置有作為濾波器、共振器、基準時脈等發揮功能之振動子1。
圖24係表示應用本發明之電子機器之行動電話機(亦包含PHS)之構成之立體圖。於該圖中，行動電話機1200包括複數個操作按鈕1202、接聽口1204及送話口1206，於操作按鈕1202與接聽口1204之間配置有顯示部100。於此種行動電話機1200，內置有作為濾波器、共振器等發揮功能之振動元件2。
圖25係表示應用本發明之電子機器之數位靜態相機之構成之立體圖。再者，於該圖中亦簡單地表示與外部機器之連接。此處，通常之相機係藉由被攝體之光像對銀鹽照相底片進行感光，相對於此，數位靜態相機1300係藉由CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)等攝像元件將被攝體之光像進行光電轉換而產生攝像信號(圖像信號)。
於數位靜態相機1300之殼體(機體)1302之背面設置有顯示部，成為基於由CCD所得之攝像信號進行顯示之構成，顯示部作為將被攝體以電子圖像之形式顯示之取景器發揮功能。又，於殼體1302之正面側(圖中背面側)設置有包含光學透鏡(攝像光學系統)或CCD等之受光單元1304。
當攝影者確認顯示於顯示部中之被攝體像，按下快門按鈕1306時，該時間點之CCD之攝像信號被傳送、儲存至記憶體1308中。又，於該數位靜態相機1300中，於殼體1302之側面設置有視訊信號輸出端子1312及資料通信用之輸入輸出端子1314。而且，如圖示般，分別視
需要於視訊信號輸出端子1312連接電視監視器1430，於資料通信用之輸入輸出端子1314連接個人電腦1440。進而，成為如下構成：藉由特定之操作，儲存於記憶體1308之攝像信號被輸出至電視監視器1430或個人電腦1440。於此種數位靜態相機1300，內置有作為濾波器、共振器等發揮功能之振動子1。
再者，具備本發明之振動元件之電子機器除可應用於圖23之個人電腦(移動型個人電腦)、圖24之行動電話機、圖25之數位靜態相機以外，亦可應用於例如噴墨式噴出裝置(例如噴墨印表機)、膝上型個人電腦、電視、攝錄影機、錄影機、汽車導航裝置、呼叫器、電子記事本(亦包含附帶通信功能)、電子辭典、計算器、電子遊戲機器、文字處理器、工作站、視訊電話、防盜用電視監視器、電子雙筒望遠鏡、POS(point-of-sale，銷售點)終端、醫療機器(例如電子體溫計、血壓計、血糖計、心電圖計測裝置、超音波診斷裝置、電子內視鏡)、魚群探測機、各種測定機器、計量儀器類(例如車輛、航空器、船舶之計量儀器類)、飛行模擬器等。
4.移動體
接下來，對應用本發明之振動元件之移動體(本發明之移動體)進行說明。
圖26係表示應用本發明之移動體之汽車之構成之立體圖。於汽車1500搭載有振動元件2。振動元件2可廣泛應用於無鑰匙進入系統(keyless entry)、防盜器(immobilizer)、汽車導航系統、汽車空調、防鎖死煞車系統(ABS(Antilock Brake System))、氣囊、胎壓監視系統(TPMS：Tire Pressure Monitoring System)、引擎控制器、混合動力車或電動汽車之電池監視器、車體姿勢控制系統等電子控制單元(ECU：electronic control unit)。
以上，基於圖示之實施形態對本發明之振動元件、振動子、振
盪器、電子機器及移動體進行了說明，但本發明並不限定於此，各部之構成可替換為具有相同功能之任意構成者。又，亦可於本發明中附加其他任意構成物。又，亦可適當組合各實施形態。
又，作為振動元件，例如亦可應用於如陀螺儀感測器者。
5‧‧‧振動臂
6‧‧‧振動臂
51‧‧‧主面
51a‧‧‧堤部
51b‧‧‧堤部
52‧‧‧主面
52a‧‧‧堤部
52b‧‧‧堤部
53‧‧‧側面
54‧‧‧側面
55‧‧‧槽
56‧‧‧槽
58‧‧‧臂部
61‧‧‧主面
62‧‧‧主面
63‧‧‧側面
64‧‧‧側面
65‧‧‧槽
66‧‧‧槽
68‧‧‧臂部
84‧‧‧第1驅動用電極
85‧‧‧第2驅動用電極
L‧‧‧長度
T‧‧‧厚度
t‧‧‧深度
W‧‧‧寬度
X‧‧‧方向
Y'‧‧‧方向
Z'‧‧‧方向
Claims (10)
- 一種振動元件，其特徵在於包含：基部；及振動臂，其於俯視下自上述基部外延，且於相互處於正背關係之第1主面及第2主面設置有槽；上述振動臂包含：錘部；及臂部，其於俯視下配置於上述基部與上述錘部之間；於將上述振動臂之厚度設為T，將於俯視下上述振動臂之外緣與上述槽之間之上述主面之沿與上述外延方向正交之方向之寬度設為W，將上述槽之深度之合計設為ta，將ta/T設為η時，滿足4.236×10×η2-8.473×10×η+4.414×10[μm]≦W[μm]≦-3.367×10×η2+7.112×10×η-2.352×10[μm]且0.75≦η<1.00之區域位於上述振動臂之上述外延方向之至少一部分；於將上述振動臂之沿上述外延方向之長度設為L，將上述錘部之沿上述外延方向之長度設為H時，滿足0.012<H/L<0.30。
- 一種振動元件，其特徵在於包含：基部；及振動臂，其於俯視下自上述基部外延，且於相互處於正背關係之第1主面及第2主面設置有槽； 上述振動臂包含：錘部；及臂部，其於俯視下配置於上述基部與上述錘部之間；於將上述振動臂之厚度設為T，將於俯視下上述振動臂之外緣與上述槽之間之上述主面之沿與上述外延方向正交之方向之寬度設為W，將上述槽之深度之合計設為ta，將ta/T設為η時，滿足4.236×10×η2-8.473×10×η+4.414×10[μm]≦W[μm]≦-3.367×10×η2+7.112×10×η-2.352×10[μm]且0.75≦η<1.00之區域位於上述振動臂之上述外延方向之至少一部分，於將上述振動臂之沿上述外延方向之長度設為L，將上述錘部之沿上述外延方向之長度設為H時，滿足0.183≦H/L≦0.597。
- 如請求項1或2之振動元件，其中上述振動臂之厚度為110μm以上且150μm以下。
- 如請求項1或2之振動元件，其中上述振動臂包含一對振動臂，且該振動元件具有如下基本振動模式，即，上述一對振動臂以交替地重複相互接近及背離之方式沿上述正交之方向彎曲振動，於將上述基本振動模式之共振頻率設為f0，將與上述基本振動模式不同之振動模式之共振頻率設為f1時，滿足｜f0-f1｜/f0≧0.124 之關係。
- 如請求項1或2之振動元件，其中上述槽具有深度固定之底面。
- 如請求項1或2之振動元件，其中上述槽之深度不固定。
- 一種振動子，其特徵在於包括：如請求項1或2之振動元件；及封裝體，其收納上述振動元件。
- 一種振盪器，其特徵在於包括：如請求項1或2之振動元件；及振盪電路，其與上述振動元件電性連接。
- 一種電子機器，其特徵在於包括如請求項1或2之振動元件。
- 一種移動體，其特徵在於包括如請求項1或2之振動元件。
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