(57)【要約】【課題】共振周波数近傍の不要スプリアスの発生を抑制することのできる振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】振動素子１は、振動部２１と、振動部２１と一体化され、振動部２１よりも厚みが厚い厚肉部２２とを含む圧電基板２と、振動部２１の一方の主面に設けられた第１励振電極３１と、振動部２１の他方の主面に設けられ、第１励振電極３１と対向する第２励振電極３２と、第１励振電極３１から延出して厚肉部２２の一方の主面まで引き出された引出電極３５と、を含み、圧電基板２の平面視にて、第１励振電極３１の面積をＳ１とし、第２励振電極３２と引出電極３５とが重なる領域の面積をＳ２としたとき、Ｓ２／Ｓ１≦０．１なる関係を満足する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み滑り振動で振動する振動領域を含む第１領域と、前記第１領域と一体化され、前記第１領域よりも厚みが厚い第２領域と、を含む基板と、
前記振動部の一方の主面に設けられた第１励振電極と、
前記振動部の他方の主面に設けられ、平面視で前記第１励振電極と重なるように配置されている第２励振電極と、
前記第１励振電極から延出して前記第２領域の一方の主面まで引き出されている引出電極と、を含み、
前記基板の平面視にて、前記第１励振電極の面積をＳ１とし、前記第２励振電極と前記引出電極とが重なる部分の面積をＳ２としたとき、Ｓ２／Ｓ１≦０．１なる関係を満足することを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記重なる部分の前記引出電極の延在している方向に沿った長さは、２０μｍ以下である請求項１に記載の振動素子。
【請求項３】
前記基板の平面視にて、前記第１励振電極は、前記第２励振電極の範囲内に配置されている請求項１または２に記載の振動素子。
【請求項４】
前記基板の厚みをｔ（ｍｍ）、前記第１励振電極の前記振動方向に沿った長さをａ（ｍｍ）としたとき、
−１０４９ｔ＋５７≦ａ／ｔ≦−６４．４ｔ＋５７なる関係を満足する請求項３に記載の振動素子。
【請求項５】
前記基板の厚みをｔ（ｍｍ）、前記第１励振電極の前記振動方向に直交する方向に沿った長さをｂ（ｍｍ）としたとき、
−８２３ｔ＋４２≦ｂ／ｔ≦−１２０ｔ＋４２なる関係を満足する請求項３または４に記載の振動素子。
【請求項６】
前記第１領域は、前記振動方向に離間し、前記振動方向と交差する第１外縁および第２外縁と、前記振動方向に直交する方向に離間し、前記振動方向と交差する第３外縁および第４外縁と、を含み、
前記第２領域は、前記第１外縁に沿って設けられ、対象物に固定される固定部が設けられている第１厚肉部と、前記第３外縁に沿って設けられ、かつ、前記第１厚肉部と接続されている第２厚肉部と、を含む請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項７】
前記第２外縁および前記第４外縁は、それぞれ、前記第２領域から露出している請求項６に記載の振動素子。
【請求項８】
前記基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸、機械軸としてのＹ軸、及び光学軸としてのＺ軸のうち、前記Ｘ軸を回転軸として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ＋Ｚ側が回転するように傾けた軸をＺ’軸、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ＋Ｙ側が回転するように傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸及び前記Ｚ’軸を含む面を主面とし、前記Ｙ’軸に沿った方向を厚みとする水晶板である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動素子と、
前記振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする振動子。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動素子と、
前記振動素子を駆動する発振回路と、を備えていることを特徴とする発振器。
【請求項１１】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカット水晶振動素子は、励振する主振動の振動モードが厚みすべり振動であり、小型化、高周波数化に適し、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、圧電発振器、電子機器等の多方面で使用されている。
特許文献１には、薄肉の振動部と、振動部の全周に設けられた厚肉部とを有する逆メサ構造のＡＴカット水晶振動素子が開示されている。特許文献２のＡＴカット水晶振動素子は、振動部の両面に設けられた一対の励振電極と各励振電極から延出する一対の引出電極とを有している。振動素子の平面視にて、一対の励振電極は、互いに大きさが異なり、大きい方の励振電極が小さい方の励振電極を内包している。そのため、特許文献２のＡＴカット水晶振動素子は、小さい方の励振電極から延出している引出電極と大きい方の励振電極とが重なる領域を有しており、かつ、この領域の面積が大きい。この領域は、一対の励振電極で挟まれている振動領域とは別の振動領域として機能し、共振周波数近傍の不要なスプリアスを発生させる原因になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６５７４３号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５３６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、共振周波数近傍の不要なスプリアスの発生を低減することのできる振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、厚み滑り振動で振動する振動領域を含む第１領域と、前記第１領域と一体化され、前記第１領域よりも厚みが厚い第２領域と、を含む基板と、
前記振動部の一方の主面に設けられた第１励振電極と、
前記振動部の他方の主面に設けられ、平面視で前記第１励振電極と重なるように配置されている第２励振電極と、
前記第１励振電極から延出して前記第２領域の一方の主面まで引き出されている引出電極と、を含み、
前記基板の平面視にて、前記第１励振電極の面積をＳ１とし、前記第２励振電極と前記引出電極とが重なる部分の面積をＳ２としたとき、Ｓ２／Ｓ１≦０．１なる関係を満足することを特徴とする。
これにより、共振周波数近傍の不要なスプリアスの発生を低減することのできる振動素子が得られる。
【０００６】
［適用例２］
本発明の振動素子では、前記重なる部分の前記引出電極の延在している方向に沿った長さは、２０μｍ以下であるのが好ましい。
これにより、引出電極の抵抗を低減することができる。
［適用例３］
本発明の振動素子では、前記基板の平面視にて、前記第１励振電極は、前記第２励振電極の範囲内に配置されているのが好ましい。
これにより、所望の振動特性を安定して発揮することができる。
【０００７】
［適用例４］
本発明の振動素子では、前記基板の厚みをｔ（ｍｍ）、前記第１励振電極の前記振動方向に沿った長さをａ（ｍｍ）としたとき、
−１０４９ｔ＋５７≦ａ／ｔ≦−６４．４ｔ＋５７なる関係を満足するのが好ましい。
これにより、安定した振動特性が得られる。
［適用例５］
本発明の振動素子では、前記基板の厚みをｔ（ｍｍ）、前記第１励振電極の前記振動方向に直交する方向に沿った長さをｂ（ｍｍ）としたとき、
−８２３ｔ＋４２≦ｂ／ｔ≦−１２０ｔ＋４２なる関係を満足するのが好ましい。
これにより、安定した振動特性が得られる。
【０００８】
［適用例６］
本発明の振動素子では、前記第１領域は、前記振動方向に離間し、前記振動方向と交差する第１外縁および第２外縁と、前記振動方向に直交する方向に離間し、前記振動方向と交差する第３外縁および第４外縁と、を含み、
前記第２領域は、前記第１外縁に沿って設けられ、対象物に固定される固定部が設けられている第１厚肉部と、前記第３外縁に沿って設けられ、かつ、前記第１厚肉部と接続されている第２厚肉部と、を含むのが好ましい。
これにより、振動素子の剛性を高めることができ、振動特性の変化、不要スプリアスの発生を抑制することができる。
［適用例７］
本発明の振動素子では、前記第２外縁および前記第４外縁は、それぞれ、前記第２領域から露出しているのが好ましい。
これにより、振動素子の小型化を図ることができる。
【０００９】
［適用例８］
本発明の振動素子では、前記基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸、機械軸としてのＹ軸、及び光学軸としてのＺ軸のうち、前記Ｘ軸を回転軸として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ＋Ｚ側が回転するように傾けた軸をＺ’軸、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ＋Ｙ側が回転するように傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸及び前記Ｚ’軸を含む面を主面とし、前記Ｙ’軸に沿った方向を厚みとする水晶板であるのが好ましい。
これにより、優れた温度特性を有する振動素子となる。
【００１０】
［適用例９］
本発明の振動子は、本発明の振動素子と、
前記振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い振動子が得られる。
［適用例１０］
本発明の発振器は、本発明の振動素子と、
前記振動素子を駆動する発振回路と、を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い発振器が得られる。
【００１１】
［適用例１１］
本発明の電子機器は、本発明の振動素子を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
［適用例１２］
本発明の移動体は、本発明の振動素子を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる振動素子の斜視図である。
【図２】図１に示す振動素子の平面図である。
【図３】ＡＴカット水晶基板と水晶の結晶軸との関係を説明する図である。
【図４】図１に示す振動素子を対象物に固定した状態を示す側面図である。
【図５】振動部の厚みと励振電極のサイズとの関係を示すグラフである。
【図６】振動部の厚みと励振電極のサイズとの関係を示すグラフである。
【図７】図１に示す振動素子の変形例を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかる振動素子の平面図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる振動素子の平面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態にかかる振動素子の平面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態にかかる振動素子の斜視図である。
【図１２】本発明の振動子の好適な実施形態を示す断面図である。
【図１３】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】本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
【図１５】本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。
【図１７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
１．振動素子
まず、本発明の振動素子について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかる振動素子の斜視図、図２は、図１に示す振動素子の平面図、図３は、ＡＴカット水晶基板と水晶の結晶軸との関係を説明する図、図４は、図１に示す振動素子を対象物に固定した状態を示す側面図、図５および図６は、それぞれ、振動部の厚みと励振電極のサイズとの関係を示すグラフ、図７は、図１に示す振動素子の変形例を示す斜視図である。
図１および図２に示すように、振動素子１は、圧電基板（基板）２と、圧電基板２上に形成された電極３とを有している。
【００１４】
（圧電基板）
圧電基板２は、板状の水晶基板である。ここで、圧電基板２の材料である水晶は、三方晶系に属しており、図３に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有している。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ、電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。本実施形態の圧電基板２は、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θ回転させた平面に沿って切り出された「回転Ｙカット水晶基板」であり、たとえば（θ＝３５°１５’）だけ回転させた平面に沿って切り出された場合の基板は、ＡＴカット水晶基板という。このような水晶基板を用いることにより優れた温度特性を有する振動素子１となる。
【００１５】
ただし、圧電基板２としては、厚みすべり振動を励振することができれば、ＡＴカットの圧電基板に限定されず、例えば、ＢＴカットの圧電基板を用いてもよい。また、圧電基板２としては、水晶基板の他、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の各種圧電基板を用いてもよい。
なお、以下では、角度θに対応してＸ軸まわりに回転したＹ軸およびＺ軸を、Ｙ’軸およびＺ’軸とする。すなわち、圧電基板２は、Ｙ’軸方向に厚みを有し、ＸＺ’面方向に広がりを有する。
【００１６】
圧電基板２は、平面視にて、Ｘ軸に沿った方向を長辺とし、Ｚ’軸に沿った方向を短辺とする長手形状をなしている。また、圧電基板２は、−Ｘ軸方向を先端側とし、＋Ｘ軸方向を基端側としている。圧電基板２のＸ軸に沿った方向の最大長さＬとし、Ｚ’軸に沿った方向の最大幅をＷとしたとき、Ｌ／Ｗとしては、特に限定されないが、例えば、１．１〜１．４程度とすることが好ましい。
【００１７】
図１および図２に示すように、圧電基板２は、薄肉の振動領域（振動エネルギーが閉じ込められる領域）２１９を含む振動部（第１領域）２１と、振動部２１と一体化され、振動領域２１９よりも厚肉な厚肉部（第２領域）２２とを有している。振動部２１は、例えば、水晶基板の＋Ｙ’軸側の主面にウエットエッチングによって凹陥部を形成することにより形成することができる。
【００１８】
振動部２１は、圧電基板２の中央に対して、−Ｘ軸方向側および−Ｚ’軸方向側に片寄っており、その外縁の一部が厚肉部２２から露出している。ここで、振動素子１の平面視にて、振動部２１の面積は、圧電基板２の面積の１／２以下であるのが好ましい。これにより、振動部２１よりも厚肉で、機械的強度が高い厚肉部２２を十分広く形成することができるため、振動部２１の剛性を十分に確保することができる。そのため、不要スプリアスの発生を効果的に低減することができる。
【００１９】
振動部２１は、振動素子１の平面視にて、Ｘ軸方向（厚み滑り振動の振動方向）に離間し、Ｚ’軸方向（Ｘ軸方向と交差する方向）に延在する第１外縁２１１および第２外縁２１２と、Ｚ’軸方向に離間し、Ｘ軸方向に延在する第３外縁２１３および第４外縁２１４とを有している。第１、第２外縁２１１、２１２のうち、第１外縁２１１が＋Ｘ軸側に位置し、第２外縁２１２が−Ｘ軸側に位置している。また、第３、第４外縁２１３、２１４のうち、第３外縁２１３が＋Ｚ’軸側に位置し、第４外縁２１４が−Ｚ’軸側に位置している。また、第３外縁２１３が第１、第２外縁２１１、２１２の＋Ｚ’軸側の端同士を連結しており、第４外縁２１４が第１、第２外縁２１１、２１２の−Ｚ’軸側の端同士を連結している。
【００２０】
図１に示すように、厚肉部２２の表面（＋Ｙ’軸方向側の主面）は、振動部２１の表面（＋Ｙ’軸方向側の主面）よりも＋Ｙ’軸方向側へ突出して設けられている。一方、厚肉部２２の裏面（−Ｙ’軸方向側の主面）は、振動部２１の裏面（−Ｙ’軸方向側の主面）と同一平面上に設けられている。
厚肉部２２は、第１外縁２１１に沿って配置された第１厚肉部２３と、第３外縁２１３に沿って配置され、第１厚肉部２３と接続されている第２厚肉部２４とを有している。そのため、厚肉部２２は、振動部２１に沿った略Ｌ字状をなしている。一方、振動部２１の第２外縁２１２および第４外縁２１４に沿っては、厚肉部２２が形成されておらず、これら第２、第４外縁２１２、２１４は、厚肉部２２から露出している。このように、厚肉部２２を略Ｌ字とし、第２外縁２１２および第４外縁２１４に沿って設けないことによって、振動素子１（振動部２１）の剛性を保ちつつ、振動素子１の小型化を図ることができる。
【００２１】
ここで、第１厚肉部２３を振動部２１に対して＋Ｘ軸側に設けることによって、−Ｘ軸側に設けた場合と比較して、後述する傾斜部２３１の幅（Ｘ軸方向の長さ）を短くすることができる。同様に、第２厚肉部２４を振動部２１に対して＋Ｚ’軸側に設けることによって、−Ｚ’軸側に設けた場合と比較して、後述する傾斜部２４１の幅（Ｚ’軸方向の長さ）を短くすることができる。そのため、このような厚肉部２２によれば、振動素子１の小型化を図ることができる。
【００２２】
第１厚肉部２３は、第１外縁２１１に連設され、＋Ｘ軸方向に向けて厚みが漸増する傾斜部（残渣部）２３１と、傾斜部２３１の＋Ｘ軸方向側の端縁に連接する厚みがほぼ一定の厚肉部本体２３２とを備えている。同様に、第２厚肉部２４は、第３外縁２１３に連設され、＋Ｚ’軸方向に向けて厚みが漸増する傾斜部（残渣部）２４１と、傾斜部２４１の＋Ｚ’軸方向側の端縁に連接する厚みがほぼ一定の厚肉部本体２４２とを備えている。また、第１厚肉部２３の厚肉部本体２３２の表面にはマウント部２９が設けられており、図４に示すように、振動素子１は、このマウント部２９にて、接着剤９１を用いて対象物９２に固定される。
【００２３】
（電極）
電極３は、一対の励振電極３１、３２と、一対のパッド電極３３、３４と、一対の引出電極３５、３６とを有している。励振電極（第１励振電極）３１は、振動領域２１９の表面に形成されている。一方、励振電極（第２励振電極）３２は、振動領域２１９の裏面に、励振電極３１と対向して配置されている。励振電極３１、３２は、それぞれ、Ｘ軸方向を長手とし、Ｚ’軸方向を短手とする略矩形である。
【００２４】
また、励振電極３１、３２は、相似形をなし、裏面側の励振電極３２が、表面側の励振電極３１よりも大きく形成されている。また、振動素子１の平面視にて、励振電極３２に励振電極３１が内包されている。言い換えると、励振電極３２内に互いの外縁（輪郭）が重なることなく励振電極３１の全域が位置している。これにより、所望の振動特性を安定して発揮することができる。
【００２５】
また、励振電極３１、３２は、振動素子１の平面視にて、Ｘ軸方向の中心同士が重なるように配置されている。また、励振電極３１は、励振電極３１に対して−Ｚ軸側によって形成されている。すなわち、励振電極３１、３２の＋Ｚ軸側の外縁３１１、３２１同士の離間距離Ｄ１よりも、−Ｚ軸側の外縁３１２、３２２同士の離間距離Ｄ２が小さくなるように、励振電極３１、３２が設けられている。
パッド電極３３は、厚肉部本体２３２の表面のマウント部２９に形成されている。一方、パッド電極３４は、厚肉部本体２３２の裏面に、パッド電極３３と対向して形成されている。
【００２６】
励振電極３１からは、引出電極３５が延出しており、この引出電極３５を介して励振電極３１とパッド電極３３とが電気的に接続されている。引出電極３５は、励振電極３１の第３外縁２１３と対向する外縁３１２から延出しており、傾斜部２４１を経由して厚肉部２２の表面に引き出されている。また、励振電極３２からは、引出電極３６が延出しており、この引出電極３６を介して励振電極３１とパッド電極３４とが電気的に接続されている。引出電極３６は、圧電基板２を介して引出電極３５と重ならないように設けられている。これにより、引出電極３５、３６間の静電容量を抑えることができる。また、振動素子１の平面視にて、引出電極３５、３６は、必要以上にマウント部２９内に侵入しておらず、マウント部２９内（特に縁部）には、電極３が形成されていない領域Ｔ１が存在している。本実施形態では、パッド電極３３、３４を挟んで先端側と基端側とに領域Ｔ１が存在している。圧電基板２を構成する水晶基板は、光透過性を有しているため、上記のような構成とすることにより、振動素子１の裏面側から、マウント部２９越しの背景（振動素子１の向こう側の景色）を視認することができる。そのため、図４に示すように、マウント部２９に接着剤９１を接触させるときに、振動素子１越しに接着剤９１を視認することができ、接着剤９１の位置決め、接着剤９１との接触面積、接着剤９１の形状等を精度よく制御することができる。
このような電極３は、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）等の下地層に、Ａｕ（金）やＡｕを主成分とする合金を積層した金属被膜で構成することができる。
【００２７】
以上、電極３の構成について説明した。振動素子１では、振動素子１の平面視にて、第２励振電極３２と引出電極３５とが重なる領域（部分）Ｔ２が形成されている。第１励振電極３１の面積をＳ１とし、領域Ｔ２の面積をＳ２としたとき、Ｓ１、Ｓ２が、Ｓ２／Ｓ１≦０．１なる関係を満足している。これにより、領域Ｔ２を十分に小さくすることができ、不要スプリアスを振動素子１の共振周波数からより遠ざけることができる。そのため、優れた振動特性を安定して発揮することのできる振動素子１となる。具体的には、発明者らが推察するに、領域Ｔ２が本来の振動領域（励振電極３１、３２で挟まれた領域）とは別の振動領域を形成し、この領域Ｔ２から不要スプリアスが発生するものと考えられる。そして、領域Ｔ２が大きいほど不要スプリアスの周波数が共振周波数に近づく傾向を示すため、本発明では、Ｓ２／Ｓ１≦０．１なる関係を満足することによって、領域Ｔ２の面積Ｓ２を十分に小さくし、これにより、不要スプリアスを振動素子１の共振周波数からより遠ざけている。不要スプリアスと共振周波数との周波数差としては、特に限定されないが、１０００ｐｐｍ以上であるのが好ましい。これにより、十分に、優れた振動特性を安定して発揮することのできる振動素子１となる。なお、Ｓ２／Ｓ１＞０．１であると、領域Ｔ２の面積が過大となり、共振周波数近傍の不要スプリアスが発生し、優れた振動特性を安定して発揮することができなくなる。
振動素子１では、Ｓ２／Ｓ１≦０．１なる関係を満足していれば、特に限定されないが、Ｓ２／Ｓ１≦０．０７なる関係を満足するのがより好ましく、Ｓ２／Ｓ１≦０．０５なる関係を満足するのがさらに好ましい。これにより、上記をより顕著に発揮することができる。
【００２８】
次に、Ｓ２／Ｓ１≦０．１なる関係を満足することによって、不要スプリアスを共振周波数から十分に遠ざけることができることを実験結果に基づいて証明する。当該実験に用いた振動素子１の圧電基板２のサイズは、長さ（Ｘ軸方向の長さ）×幅（Ｚ’軸方向の長さ）×厚み（Ｙ’軸方向の長さ）が１．８ｍｍ×１．０ｍｍ×０．０５０ｍｍである。また、振動部２１のサイズは、長さ×幅×厚みが１．０ｍｍ×０．９ｍｍ×０．００２ｍｍである。また、励振電極３２のサイズは、長さ×幅×厚みが０．３６ｍｍ×０．２８ｍｍ×０．００００８５ｍｍである。また、励振電極３１のサイズは、長さ×幅×厚さが０．１８ｍｍ×０．１４ｍｍ×０．００００８５ｍｍである。そして、励振電極３２に対して励振電極３１をＺ’軸方向にずらした４種のサンプル１〜４を製造した。サンプル１、サンプル２、サンプル３、サンプル４の順に、励振電極３１が＋Ｚ’軸側に位置している。これら４種のサンプルについて、それぞれ、Ｓ２／Ｓ１、不要スプリアスと共振周波数との周波数差Δｆを求めた。その結果を下記の表１に示す。なお、表１に示す数値は、各サンプル１〜４について、１０個のサンプルの平均値を示している。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１から、Ｓ２／Ｓ１≦０．１なる関係を満足するもの、すなわち、サンプル１のみがΔｆ≧１０００ｐｐｍを満足しており、不要スプリアスが共振周波数から十分に遠ざかっていることが分かる。以上の実験結果から、Ｓ２／Ｓ１≦０．１なる関係を満足することによって、不要スプリアスを共振周波数から十分に遠ざけることができることが証明された。
【００３１】
また、前述した励振電極３１、３２の外縁３１２、３２２同士の離間距離Ｄ２（すなわち、領域Ｔ２のＺ’軸方向の長さ）は、特に限定されないが、２０μｍ以下であるのが好ましく、１０μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、領域Ｔ２内での引出電極３５の長さをより短くすることができるため、引出電極３５の抵抗を小さくすることができる。ここで、離間距離Ｄ２を０（ゼロ）にすると、領域Ｔ２が形成されないため、不要スプリアスを共振周波数から遠ざける観点からすれば最も好ましいが、振動素子１の製造上の観点からは、離間距離Ｄ２は、０（ゼロ）でないのが好ましい。振動素子１の製造上、励振電極３１、３２の形成位置が所定位置からずれてしまうことが考えられ、仮に、振動素子１の平面視にて、励振電極３１の外縁３１２が励振電極３２の外縁３２２よりも＋Ｚ’軸側にはみ出でしまった時には、振動素子１の振動特性が大幅に変化してしまうとともに、その性能も大幅に悪化してしまう。そのため、励振電極３１、３２の形成位置が所定位置からずれてしまっても、励振電極３１の外縁３１２が励振電極３２の外縁３２２よりも＋Ｚ’軸側にはみ出でしまわないように、離間距離Ｄ２は、０（ゼロ）でないことが好ましい。
【００３２】
また、振動部２１の厚みｔ（ｍｍ）を、ｔ（ｍｍ）＝１６７０（ｍ／ｓ）／振動周波数（ｋＨｚ）として基準化する。また、表２に示すように、同じ電極寸法を用いる振動周波数の下限値Ｆ１と、上限値Ｆ２と、下限と上限の中心周波数Ｆ３とする。また、１６７０／Ｆ１＝ｔ１、１６７０／Ｆ２＝ｔ２、１６７０／Ｆ３＝ｔ３として、振動部２１の厚みを基準化する。
【００３３】
【表２】
2014138414.tif 000004
【００３４】
また、第１励振電極３１のＸ軸方向に沿った長さをａ（ｍｍ）としたとき、ａは、振動周波数より決定する。ｔ、ａ、ｔ３は、図５に示すように、−１０４９ｔ３＋５７≦ａ／ｔ≦−６４．４ｔ３＋５７なる関係を満足するのが好ましい。また、励振電極３１のＺ’軸方向に沿った長さをｂ（ｍｍ）としたとき、ｂは、振動周波数より決定する。ｔ、ｂ、ｔ３は、図６に示すように、−８２３ｔ３＋４２≦ｂ／ｔ≦−１２０ｔ３＋４２なる関係を満足するのが好ましい。これら関係を満足することによって、優れた振動特性を安定して発揮することのできる振動素子１が得られる。
【００３５】
なお、ａ／ｔ、ｂ／ｔが共に上記下限値未満であると、ｔの値によっては、励振電極３１の面積が小さくなり過ぎてしまい、後述するように、振動素子１を発振器１００に組み込んだ場合に、発振器１００の可変特性を満足することが困難となる場合がある。一方、ａ／ｔ、ｂ／ｔが共に上記上限値を超えると、ｔの値によっては、共振周波数近傍に不要スプリアスが発生し、優れた振動特性を安定して発揮することのできる振動素子１が得られなくなる場合がある。
【００３６】
次に、ａ／ｔ、ｂ／ｔが共に上述の関係を満足することによって、不要スプリアスを振動素子１の共振周波数から十分に遠ざけることができることを実験結果に基づいて証明する。当該実験には、前述したサンプル１と励振電極３１の大きさ（ａ、ｂの値）以外は同じ条件の振動素子１を用い、励振電極３１の大きさ（ａ、ｂの値）が異なる９種のサンプル５〜１１を製造した。そして、これら７種のサンプルについて、それぞれ、不要スプリアスと共振周波数との周波数差Δｆを求めた。その結果を下記の表３に示す。なお、表２に示す数値は、各サンプル５〜１１について、１０個のサンプルの平均値を示している。
【００３７】
【表３】
2014138414.tif 000005
【００３８】
表３から、ａ／ｔ、ｂ／ｔが共に上述の関係を満足することによって、不要スプリアスを振動素子１の共振周波数から十分に遠ざけることができることが証明された。
以上、振動素子１について説明した。本実施形態の振動素子１では、圧電基板２の＋Ｙ’軸側に凹陥部を形成することによって振動部２１を形成し、さらに、厚肉部２２が振動部２１に対して＋Ｘ軸側に位置する第１厚肉部２３と、＋Ｚ’軸側に位置する第２厚肉部２４とにより構成されているが、振動素子１としては、これをひっくり返したような構成であってもよい。すなわち、図７に示すように、圧電基板２の−Ｙ’軸側に凹陥部を形成することによって振動部２１を形成し、さらに、厚肉部２２が振動部２１に対して＋Ｘ軸側に位置する第１厚肉部２３と、−Ｚ’軸側に位置する第２厚肉部２４とにより構成されていてもよい。このような構成によっても、本実施形態と同様の効果（特に傾斜部２３１、２４１の幅を狭くすることができる効果）を発揮することができる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の振動素子の第２実施形態について説明する。
図８は、本発明の第２実施形態にかかる振動素子の平面図である。
以下、第２実施形態の振動素子について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第２実施形態にかかる振動素子は、厚肉部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。
【００４０】
図８に示すように、本実施形態の振動素子１Ａでは、厚肉部２２が、第１厚肉部２３および第２厚肉部２４の他に、さらに、振動部２１の第２外縁２１２に沿って配置され、第２厚肉部２４に接続されている第３厚肉部２５を有している。そのため、厚肉部２２は、振動部２１に沿った略コ字状をなしている。振動部２１の第４外縁２１４に沿っては、厚肉部２２が形成されておらず、第４外縁２１４は、厚肉部２２から露出している。このように、厚肉部２２を略コ字状とすることによって、振動素子１の小型化を図ることができるとともに、振動素子１（振動部２１）の剛性をより高くすることができ、不要スプリアスの発生を効果的に防止することができる。
【００４１】
第３厚肉部２５は、第２外縁２１２に連設され、−Ｘ軸方向に向けて厚みが漸増する傾斜部（残渣部）２５１と、傾斜部２５１の−Ｘ軸方向側の端縁に連接する厚みがほぼ一定の厚肉部本体２５２とを備えている。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００４２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の振動素子の第３実施形態について説明する。
図９は、本発明の第３実施形態にかかる振動素子の平面図である。
以下、第３実施形態の振動素子について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第３実施形態にかかる振動素子は、厚肉部の構成が異なる以外は、前述した第２実施形態と同様である。なお、前述した第２実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００４３】
図９に示すように、本実施形態の振動素子１Ｂでは、厚肉部２２が、第１厚肉部２３、第２厚肉部２４、第３厚肉部２５の他に、さらに、振動部２１の第４外縁２１４に沿って配置され、第１、第３厚肉部２３、２５に接続されている第４厚肉部２６を有している。そのため、厚肉部２２は、振動部２１の全周に沿った略ロ字状をなしており、振動部２１の外縁は、厚肉部２２から露出していない。このように、厚肉部２２を略ロ字状とすることによって、振動素子１（振動部２１）の剛性をより高くすることができ、不要スプリアスの発生を効果的に防止することができる。
【００４４】
第４厚肉部２６は、第４外縁２１４に連設され、−Ｚ’軸方向に向けて厚みが漸増する傾斜部（残渣部）２６１と、傾斜部２６１の−Ｚ’軸方向側の端縁に連接する厚みがほぼ一定の厚肉部本体２６２とを備えている。
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。
【００４５】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の振動素子の第４実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第４実施形態にかかる振動素子の平面図である。
以下、第４実施形態の振動素子について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第４実施形態にかかる振動素子は、厚肉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。
【００４６】
図１０に示すように、本実施形態の振動素子１Ｃでは、前述した第３実施形態から第３厚肉部２５が省略されている。すなわち、厚肉部２２が、第１厚肉部２３、第２厚肉部２４および第４厚肉部２６を有している。そのため、厚肉部２２は、振動部２１に沿った略コ字状をなしており、振動部２１の第２外縁２１２が厚肉部２２から露出している。このように、厚肉部２２を略コ字状とすることによって、振動素子１の小型化を図ることができるとともに、振動素子１（振動部２１）の剛性をより高くすることができ、不要スプリアスの発生を効果的に防止することができる。
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。
【００４７】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の振動素子の第５実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第５実施形態にかかる振動素子の斜視図である。
以下、第５実施形態の振動素子について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第５実施形態にかかる振動素子は、振動部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。
【００４８】
図１１に示すように、本実施形態の振動素子１Ｄでは、圧電基板２の両主面に凹陥部を形成することによって、振動部２１が形成されている。言い換えると、厚肉部２２の表面（＋Ｙ’軸方向側の主面）は、振動部２１の表面（＋Ｙ’軸方向側の主面）よりも＋Ｙ’軸方向側へ突出して設けられており、厚肉部２２の裏面（−Ｙ’軸方向側の主面）は、振動部２１の裏面（−Ｙ’軸方向側の主面）よりも−Ｙ’軸方向側へ突出して設けられている。このように、圧電基板２の両主面に凹陥部を形成して振動部２１を形成することによって、例えば、前述した第１実施形態と比較して、凹陥部のエッチング深さを浅くすることができる。そのため、エッチングをより精度よく行うことができ、圧電基板２の外形形状をより高精度に得ることができる。
このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００４９】
２．振動子
次に、前述した振動素子１を適用した振動子（本発明の振動子）について説明する。
図１２は、本発明の振動子の好適な実施形態を示す断面図である。
図１２に示す振動子１０は、前述した振動素子１と、振動素子１を収容するパッケージ４とを有している。
【００５０】
（パッケージ）
パッケージ４は、上面に開放する凹部４１１を有する箱状のベース４１と、凹部４１１の開口を塞いでベース４１に接合された板状のリッド４２とを有している。そして、凹部４１１がリッド４２によって塞がれることにより形成された収納空間Ｓに振動素子１が収納されている。収納空間Ｓは、減圧（真空）状態となっていてもよいし、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。
【００５１】
ベース４１の構成材料としては、特に限定されないが、酸化アルミニウム等の各種セラミックスを用いることができる。また、リッド４２の構成材料としては、特に限定されないが、ベース４１の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース４１の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。なお、ベース４１とリッド４２の接合は、特に限定されず、例えば、接着剤を介して接合してもよいし、シーム溶接等により接合してもよい。
【００５２】
ベース４１の凹部４１１の底面には、接続電極４５１、４６１が形成されている。また、ベース４１の下面には、外部実装端子４５２、４６２が形成されている。接続電極４５１は、ベース４１に形成された図示しない貫通電極を介して外部実装端子４５２と電気的に接続されており、接続電極４６１は、ベース４１に形成された図示しない貫通電極を介して外部実装端子４６２と電気的に接続されている。
接続電極４５１、４６１、外部実装端子４５２、４６２の構成としては、それぞれ、導電性を有していれば、特に限定されないが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層（下地層）に、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの各被膜を積層した金属被膜で構成することができる。
【００５３】
収容空間Ｓ内に収容されている振動素子１は、表面をベース４１側に向けて、マウント部２９において、導電性接着剤５１によってベース４１に固定されている。導電性接着剤５１は、接続電極４５１とパッド電極３３とに接触して設けられている。これにより、導電性接着剤５１を介して接続電極４５１とパッド電極３３とが電気的に接続される。導電性接着剤５１を用いて振動素子１を一カ所（一点）で支持することによって、例えば、ベース４１と圧電基板２の熱膨張率の差によって振動素子１に発生する応力を抑えることができる。
導電性接着剤５１としては、導電性および接着性を有していれば特に限定されず、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等の接着剤に導電性フィラーを分散させたものを用いることができる。
【００５４】
振動素子１のパッド電極３４は、ボンディングワイヤー５２を介して接続電極４６１に電気的に接続されている。前述したように、パッド電極３４は、パッド電極３３と対向して配置されているため、振動素子１がベース４１に固定されている状態では、導電性接着剤５１の直上に位置している。そのため、ワイヤーボンディング時にパッド電極３４に与える振動（超音波振動）の漏れを抑制することができ、パッド電極３４へのボンディングワイヤー５２の接続をより確実に行うことができる。
【００５５】
３．発振器
次に、本発明の振動子を適用した発振器（本発明の発振器）について説明する。
図１３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１３に示す発振器１００は、振動子１０と、振動素子１を駆動するためのＩＣチップ１１０とを有している。以下、発振器１００について、前述した振動子との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００５６】
図１３に示すように、発振器１００では、ベース４１の凹部４１１にＩＣチップ１１０が固定されている。ＩＣチップ１１０は、凹部４１１の底面に形成された複数の内部端子１２０と電気的に接続されている。複数の内部端子１２０には、接続電極４５１、４６１と接続されているものと、外部実装端子４５２、４６２と接続されているものがある。ＩＣチップ１１０は、振動素子１の駆動を制御するための発振回路を有している。ＩＣチップ１１０によって振動素子１を駆動すると、所定の周波数の信号を取り出すことができる。
【００５７】
４．電子機器
次に、本発明の振動子を適用した電子機器（本発明の電子機器）について説明する。
図１４は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部２０００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する振動子１０（振動素子１）が内蔵されている。
【００５８】
図１５は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部２０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器等として機能する振動子１０（振動素子１）が内蔵されている。
【００５９】
図１６は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【００６０】
ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【００６１】
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなディジタルスチルカメラ１３００には、フィルター、共振器等として機能する振動子１０（振動素子１）が内蔵されている。
【００６２】
なお、本発明の振動素子を備える電子機器は、図１４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１５の携帯電話機、図１６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。
【００６３】
５．移動体
次に、本発明の振動子を適用した移動体（本発明の移動体）について説明する。
図１７は、本発明の移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車１５００には、振動子１０（振動素子１）が搭載されている。振動子１０は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
【００６４】
以上、本発明の振動素子、振動子、発振器、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…振動素子  １０…振動子  １００…発振器  １１０…ＩＣチップ  １２０…内部端子  ２…圧電基板  ２１…振動部  ２１１…第１外縁  ２１２…第２外縁  ２１３…第３外縁  ２１４…第４外縁  ２１９…振動領域  ２２…厚肉部  ２３…第１厚肉部  ２３１…傾斜部  ２３２…厚肉部本体  ２４…第２厚肉部  ２４１…傾斜部  ２４２…厚肉部本体  ２５…第３厚肉部  ２５１…傾斜部  ２５２…厚肉部本体  ２６…第４厚肉部  ２６１…傾斜部  ２６２…厚肉部本体  ２９…マウント部  ３…電極  ３１、３２…励振電極  ３１１、３１２、３２１、３２２…外縁  ３３、３４…パッド電極  ３５、３６…引出電極  ９１…接着剤  ９２…対象物  ４…パッケージ  ４１…ベース  ４１１…凹部  ４２…リッド  ４５１、４６１…接続電極  ４５２、４６２…外部実装端子  ５１…導電性接着剤  ５２…ボンディングワイヤー  １１００…パーソナルコンピューター  １１０２…キーボード  １１０４…本体部  １１０６…表示ユニット  １２００…携帯電話機  １２０２…操作ボタン  １２０４…受話口  １２０６…送話口  １３００…ディジタルスチルカメラ  １３０２…ケース  １３０４…受光ユニット  １３０６…シャッターボタン  １３０８…メモリー  １３１２…ビデオ信号出力端子  １３１４…入出力端子  １４３０…テレビモニター  １４４０…パーソナルコンピューター  １５００…自動車  ２０００…表示部  Ｄ１、Ｄ２…離間距離  Ｌ…最大長さ  Ｔ１、Ｔ２…領域  Ｓ…収納空間  Ｗ…最大幅
【図１】
2014138414.tif 000006
【図２】
2014138414.tif 000007
【図３】
2014138414.tif 000008
【図４】
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【図５】
2014138414.tif 000010
【図６】
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【図７】
2014138414.tif 000012
【図８】
2014138414.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2014138414.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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