(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部と連結している振動腕と、
を含むＺカット水晶板を備える振動片であって、
前記振動腕は、互いに表裏の関係にある第１の主面と第２の主面とを含み、
前記第１の主面側には第１の溝が設けられ、
前記第２の主面側には第２の溝が設けられ、
前記振動腕の前記第１の主面と前記第２の主面とを結ぶ方向に沿った厚さをＴ、
前記第１の溝及び前記第２の溝の前記厚さ方向に沿った深さをｔとしたとき、
０．４５８Ｔ≦ｔ≦０．４８３Ｔ
を満たし、
かつ、
前記振動腕の延在方向の長さが５００μｍ以上、１２００μｍ以下であり、
前記振動腕の前記厚さ方向の長さが１００μｍ以上、１５０μｍ以下であり、
前記振動腕の前記延在方向および前記厚さ方向のそれぞれと直交する幅方向の長さが５０μｍ以上、１２０μｍ以下であり、
さらに、
前記幅方向に沿って、前記主面の前記溝を間に挟んで並んでいる当該主面の各部位の少なくとも一部の幅Ｗは、
（２×ｔ）／Ｔをηとしたとき、
−３６．０００×η＋３９．０２０≦Ｗ≦２６．０００×η−１５．３２０［μｍ］
を満たすことを特徴とする振動片。
【請求項２】
請求項１において、
前記振動腕は、前記主面に沿って屈曲振動することを特徴とする振動片。
【請求項３】
請求項２において、
前記振動腕の屈曲振動周波数をｆとしたとき、
ｆ／ｆｍ＞１
ｆｍ＝（π×ｋ）／（２×ρ×Ｃｐ×ａ２）
（但し、πは円周率、ｋは前記振動腕の前記直交する方向の熱伝導率、ρは前記振動腕の質量密度、Ｃｐは前記振動腕の熱容量、ａは前記振動腕の前記直交する方向に沿った幅である。）
を満たすことを特徴とする振動片。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項において、
前記Ｗは、前記振動腕の前記基部との連結部の幅であることを特徴とする振動片。
【請求項５】
請求項２または３において、
前記Ｗは、前記振動腕の屈曲変形量が最大となる部分の幅であることを特徴とする振動片。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の振動片と、
前記振動片を収納しているパッケージと、
を備えていることを特徴とする振動子。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の振動片と、
前記振動片と電気的に接続されている発振回路と、
を備えていることを特徴とする発振器。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の振動片を備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動片、振動子、発振器および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水晶を用いた振動片が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような振動片は、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に記載の振動片は、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。今回、発明者らは、より優れた振動特性を発揮することのできる溝の形状を導き出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平２−３２２２９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、優れた振動特性を有する振動片、また、この振動片を備える信頼性に優れた振動子、発振器および電子機器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。
本発明のある実施形態に係る振動片は、基部と、前記基部と連結している振動腕と、を含むＺカット水晶板を備える振動片であって、前記振動腕は、互いに表裏の関係にある第１の主面と第２の主面とを含み、前記第１の主面側には第１の溝が設けられ、前記第２の主面側には第２の溝が設けられ、前記振動腕の前記第１の主面と前記第２の主面とを結ぶ方向に沿った厚さをＴ、前記第１の溝及び前記第２の溝の前記厚さ方向に沿った深さをｔとしたとき、０．４５８Ｔ≦ｔ≦０．４８３Ｔを満たし、かつ、前記振動腕の延在方向の長さが５００μｍ以上、１２００μｍ以下であり、前記振動腕の前記厚さ方向の長さが１００μｍ以上、１５０μｍ以下であり、前記振動腕の前記延在方向および前記厚さ方向のそれぞれと直交する幅方向の長さが５０μｍ以上、１２０μｍ以下であり、さらに、前記幅方向に沿って、前記主面の前記溝を間に挟んで並んでいる当該主面の各部位の少なくとも一部の幅Ｗは、（２×ｔ）／Ｔをηとしたとき、−３６．０００×η＋３９．０２０≦Ｗ≦２６．０００×η−１５．３２０［μｍ］を満たすことを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記振動腕は、前記主面に沿って屈曲振動することを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記振動腕の屈曲振動周波数をｆとしたとき、ｆ／ｆｍ＞１、ｆｍ＝（π×ｋ）／（２×ρ×Ｃｐ×ａ２）（但し、πは円周率、ｋは前記振動腕の前記直交する方向の熱伝導率、ρは前記振動腕の質量密度、Ｃｐは前記振動腕の熱容量、ａは前記振動腕の前記直交する方向に沿った幅である。）を満たすことを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記Ｗは、前記振動腕の前記基部との連結部の幅であることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記Ｗは、前記振動腕の屈曲変形量が最大となる部分の幅であることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動子は、前記振動片と、前記振動片を収納しているパッケージと、を備えていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る発振器は、前記振動片と、前記振動片と電気的に接続されている発振回路と、を備えていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る電子機器は、前記振動片を備えていることを特徴とする。
［適用例１］
本発明の振動片は、基部と、前記基部から突出している少なくとも１つの振動腕と、を有する水晶基板を備え、
前記振動腕は、表裏の関係にある一対の主面と、前記一対の主面の間を連結している一対の側面と、一方の前記主面側には当該主面に開放する有底の一方の溝と、他方の前記主面側には当該主面に開放する有底の他方の溝と、を有し、
前記振動腕の厚さをＴとし、前記溝の深さをｔとしたとき、０．４５８Ｔ≦ｔ≦０．４８３Ｔなる関係を満たし、かつ、前記振動腕の長手方向に直交する幅方向に沿って前記溝を挟んで並んでいる前記主面の各部位の幅をＷとし、前記一方の溝と前記他方の溝の深さの合計をｔ’とし、ｔ’／Ｔをηとしたとき、−３６．０００η＋３９．０２０≦Ｗ≦２６．０００η−１５．３２０［μｍ］なる関係を満たす領域が、前記振動腕の長手方向の少なくとも一部に存在することを特徴とする。
このような条件を満たすことにより、従来よりも熱弾性損失を低減することができるため、高いＱ値が得られ、優れた振動特性を発揮することのできる振動片が得られる。
【０００６】
［適用例２］
本発明の振動片では、前記振動腕は、前記水晶基板の面内方向に屈曲振動することが好ましい。
これにより、優れた振動特性を有する振動片が得られる。
［適用例３］
本発明の振動片では、前記振動腕の屈曲振動周波数をｆとし、緩和振動周波数をｆｍとしたとき、ｆ／ｆｍ＞１なる関係を満たすことが好ましい。
これにより、振動腕を断熱的領域とすることができ、高いＱ値を得ることができる。
【０００７】
［適用例４］
本発明の振動片では、前記領域は、少なくとも前記振動腕の基端部に存在していることが好ましい。
振動部の基部が最も屈曲する部分であるため、このような部分に溝を設けて熱弾性損失を低減することにより、より優れた振動特性を発揮することができる。
【０００８】
［適用例５］
本発明の振動片では、前記領域は、少なくとも前記振動腕の屈曲変形量が最大となる部分に存在していることが好ましい。
これにより、より効果的に、熱弾性損失を低減することができ、より優れた振動特性を発揮することができる。
【０００９】
［適用例６］
本発明の振動片では、前記水晶基板は、Ｚカット水晶板であることが好ましい。
これにより、優れた振動特性を有する振動片となる。
［適用例７］
本発明の振動片の製造方法は、水晶基板をパターニングすることにより、基部と、前記基部に接続され、対向する一対の主面、前記一対の主面を接続する一対の側面および各前記主面に開放する一対の有底の溝を有する振動腕とを形成する工程を有し、
各前記溝を、前記振動腕の厚さをＴとし、前記溝の深さをｔとしたとき、０．４５８Ｔ≦ｔ≦０．４８３Ｔなる関係を満たし、かつ、各前記主面の前記溝の前記一対の側面の離間方向両側に位置する各部位の幅をＷとし、前記一対の溝の深さの合計をｔ’とし、ｔ’／Ｔをηとしたとき、−３６．０００η＋３９．０２０≦Ｗ≦２６．０００η−１５．３２０［μｍ］なる関係を満たすように、ウェットエッチングによって形成することを特徴とする。
これにより、優れた振動特性を発揮することのできる振動片を簡単に製造することができる。
【００１０】
［適用例８］
本発明の振動子は、本発明の振動片と、
前記振動片を収納するパッケージと、を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する振動子が得られる。
［適用例９］
本発明の発振器では、本発明の振動片と、
前記振動片と電気的に接続されている発振回路と、を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する発振器が得られる。
［適用例１０］
本発明の電子機器は、本発明の振動片を備えることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる振動子の平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す振動子が有する振動片の断面図（図１中のＢ−Ｂ線断面図）である。
【図４】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。
【図５】Ｑ値とｆ／ｆｍの関係を示すグラフである。
【図６】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。
【図７】ＷとＱ値の関係を示すグラフである。
【図８】ηとＷの関係を示すグラフである。
【図９】図１に示す振動片の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】図１に示す振動片の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態にかかる振動子が有する振動片の断面図である。
【図１２】図１１中のＣ−Ｃ線断面図およびＤ−Ｄ線断面図である。
【図１３】本発明の発振器の一例を示す断面図である。
【図１４】本発明の振動片を備える電子機器（ノート型パーソナルコンピューター）である。
【図１５】本発明の振動片を備える電子機器（携帯電話機）である。
【図１６】本発明の振動片を備える電子機器（ディジタルスチルカメラ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の振動片、振動片の製造方法、振動子、発振器および電子機器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、本発明の振動片を適用した振動子（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、図１に示す振動子が有する振動片の断面図（図１中のＢ−Ｂ線断面図）、図４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５は、Ｑ値とｆ／ｆｍの関係を示すグラフ、図６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７は、ＷとＱ値の関係を示すグラフ、図８は、ηとＷの関係を示すグラフ、図９および図１０は、図１に示す振動片の製造方法を説明するための断面図である。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（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光学軸）とする。
【００１３】
１．振動子
図１および図２に示す振動子１は、振動片２（本発明の振動片）と、振動片２を収納するパッケージ９とを有している。以下、振動片２およびパッケージ９について、順次詳細に説明する。
（振動片２）
図１、図２および図３に示すように、本実施形態の振動片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。
【００１４】
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、振動片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、厚さ方向に対して若干（１°未満程度）傾いていてもよい。
図１に示すように、水晶基板３は、基部４と、基部４から延出する一対の振動腕５、６と、基部４から延出する支持部７とを有している。
【００１５】
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。また、支持部７は、基部４の下端から延出し、Ｘ軸方向に分岐する分岐部７１と、分岐部からＸ軸方向両側に延出する連結腕７２、７３と、連結腕７２、７３の先端部からＹ軸方向の振動腕５、６側に延出する支持腕７４、７５とを有している。
振動腕５、６は、Ｘ軸方向に並び、かつ、互いに平行となるように基部４の上端からＹ軸方向に延出している。これら振動腕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の先端部には、ハンマーヘッド５９、６９が設けられている。このような振動腕５、６は、互いに同様の構成（形状、大きさ）をなしている。
【００１６】
図３に示すように、振動腕５は、ＸＹ平面で構成された一対の主面５１、５２と、ＹＺ平面で構成され、一対の主面５１、５２を接続する一対の側面５３、５４とを有している。また、振動腕５は、主面５１に開放する有底の溝５５と、主面５２に開放する有底の溝５６とを有している。溝５５、５６は、それぞれ、Ｙ軸方向に延在している。また、溝５５、５６は、それぞれ、振動腕５の基端部を含むように先端部まで延在している。このような振動腕５は、溝５５、５６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。
【００１７】
溝５５、５６は、振動腕５の厚みを二等分する線分Ｌに対して対称的に形成されているのが好ましい。これにより、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）を抑制でき、振動腕５を効率的に水晶基板３の面内方向に振動させることができる。
振動腕５と同様に、振動腕６は、ＸＹ平面で構成された一対の主面６１、６２と、ＹＺ平面で構成され、一対の主面６１、６２を接続する一対の側面６３、６４とを有している。また、振動腕６は、主面６１に開放する有底の溝６５と、主面６２に開放する有底の溝６６とを有している。溝６５、６６は、それぞれ、Ｙ軸方向に延在している。また、溝６５、６６は、それぞれ、振動腕６の基端部を含むように先端部まで延在している。このような振動腕６は、溝６５、６６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。
【００１８】
溝６５、６６は、振動腕６の厚みを二等分する線分Ｌに対して対称的に形成されているのが好ましい。これにより、振動腕６の不要な振動を抑制でき、振動腕６を効率的に水晶基板３の面内方向に振動させることができる。
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５５の内面に形成されており、他方は、溝５６の内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５３に形成されており、他方は、側面５４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６３に形成されており、他方は、側面６４に形成されている。また、第２駆動用電極８５の一方は、溝６５の内面に形成されており、他方は、溝６６の内面に形成されている。これら第１、第２駆動用電極８４、８５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。
【００１９】
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、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。
【００２０】
以上、振動片２について簡単にその構成を説明した。上述したように、振動片２の各振動腕５、６に溝５５、５６、６５、６８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。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４に示すように、この屈曲振動の際、振動腕５の側面５３が収縮すると側面５４が伸張し、反対に、側面５３が伸張すると側面５４が収縮する。側面５３、５４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５３と側面５４との間、つまり振動腕５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、これにより振動片２のＱ値が低下する。このようなＱ値の低下を熱弾性効果とも言い、熱弾性効果によるエネルギーの損失を熱弾性損失とも言う。
【００２１】
振動片２のような構成の屈曲振動モードの振動片において、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緩和振動周波数ｆｍと一致するときにＱ値が最小となる。この緩和振動周波数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、τは温度差を熱伝導により温度平衡させるまでの緩和時間である）。
また、緩和振動周波数ｆｍは、下式で求めることができる。
【００２２】
ｆｍ＝πｋ／（２ρＣｐａ２）‥‥（１）
【００２３】
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、求まる緩和振動周波数ｆｍは、振動腕５に溝５５、５６を設けていない場合の値となる。
【００２４】
図４に示すように、振動腕５では、側面５３、５４の間に位置するように溝５５、５６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５３、５４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５５、５６を迂回するように形成され、熱移動経路が側面５３、５４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５５、５６を設けていない場合と比較して緩和時間τが長くなり、緩和振動周波数ｆｍが低くなる。
【００２５】
図５は、屈曲振動モードの振動片の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、振動片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。
図５に示すように、曲線Ｆ１、Ｆ２の形状は変わらないが、前述のような緩和振動周波数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、ｆ／ｆｍ＞１の関係を満たせば、常に、振動腕に溝が形成されている振動片のＱ値が振動腕に溝が形成されていない振動片のＱ値に対して高くなる。
【００２６】
なお、図５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。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。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。
【００２７】
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を介する熱伝導が接触的に行われる。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５５、５６の底面にて第１駆動用電極８４を側面５３側と側面５４側とに分割し、振動腕６では、溝６５、６６の底面にて第２駆動用電極８５を側面６３側と側面６４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している。その結果、緩和時間τが短くなるのを防ぎ、より高いＱ値を有する振動片２が得られる。
以上、熱弾性損失について説明した。
【００２８】
振動片２では、ｆｍ＝πｋ／（２ρＣｐａ２）としたときにｆ／ｆｍ＞１の範囲を満足し、加えて、振動腕５、６に所定の形状の溝５５、５６、６５、６６を形成することにより、従来の振動片よりも高いＱ値が得られるように構成されている。以下、振動腕５、６に形成された溝５５、５６、６５、６６の構成について具体的に説明する。なお、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に形成された溝５５、５６について代表して説明し、振動腕６に形成された溝６５、６６については、その説明を省略する。
図３に示すように、振動腕５の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）をＴとし、溝５５、５６の最大深さをｔとしたとき、Ｔとｔは、
【００２９】
0.458Ｔ≦ｔ≦0.483Ｔ      ・・・・（２）
【００３０】
なる関係を満足している。また、振動片２では、主面５１の溝５５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５５を挟んで並んでいる主面）５１ａ、５１ｂの幅（Ｘ軸方向の長さ）が互いにほぼ等しく、土手部５１ａ、５１ｂの幅をＷとし、溝５５、５６の最大深さの合計（すなわち２ｔ）をｔ’とし、ｔ’／Ｔ＝ηとしたとき、Ｗとηは、
【００３１】
−36.000η＋39.020［μｍ］≦Ｗ≦26.000η−15.320［μｍ］    ・・・・（３）
ただし、0.916≦η≦0.966
【００３２】
なる関係を満足している。なお、主面５２の溝５６のＸ軸方向両側に位置する土手部（部位）５２ａ、５２ｂの幅についても同様の関係を満足している。
振動腕５の少なくとも一部に、これら式（２）、（３）をともに満足する領域Ｓが存在することにより、従来よりも優れた振動特性を発揮する振動片２を得ることができる。なお、式（２）、（３）をともに満足する領域Ｓは、振動腕５の長手方向の一部に存在していればよいが、振動腕５の基端部に存在していることが好ましい。基端部は、振動腕５の中でも大きく屈曲変形する部分であり、振動腕５の全体の振動特性に影響を与えやすい部位である。そのため、領域Ｓを少なくとも基端部に存在させることにより、より確実かつ効果的に、従来よりも優れた振動特性を発揮する振動片２を得ることができる。また、言い換えれば、領域Ｓを少なくとも振動腕５の屈曲変形量が最大となる部位に存在させることにより、より確実かつ効果的に、従来品よりも優れた振動特性を発揮する振動片２を得ることができる。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態の振動片２では、振動腕５がその両端部を除くほぼ全域（領域Ｓ１）にてほぼ同一の幅および厚さとなるように構成されており、加えて、溝５５、５６がその両端部を除くほぼ全域（領域Ｓ２）にてほぼ同一の幅および深さとなるように形成されている。振動片２では、このような領域Ｓ１、Ｓ２が重なり合う領域が領域Ｓを構成しているため、領域Ｓを振動腕５の長手方向に長く存在させることができる。したがって、上述した効果がより顕著となる。
【００３４】
以下、発明者らが行ったシミュレーション結果に基づいて、このことを証明する。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の振動片を用いたシミュレーションを代表して用いるが、発見者らによって、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。
【００３５】
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水晶基板３をパターニングした振動片を用いている。したがって、溝５５、５６は、図６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６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。
【００３６】
また、本シミュレーションで用いた振動片の振動腕５、６のサイズは、それぞれ、長さが１０００μｍ、厚さが１５０μｍ、幅が８０μｍである。なお、発見者らによって、長さが５００〜１２００μｍ、厚さが１００〜１５０μｍ、幅が５０〜１２０μｍの範囲内に収まっていれば、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。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片を用いた。
【００３７】
図７に、溝５５、５６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５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂの幅ＷとＱ値との関係を示すグラフである。なお、Ｑ値についは熱弾性損失のみを考慮している。また、振動片２にて達成すべきＱ値の下限値Ｑｍｉｎを１５２５９とし、線分Ｌ１で示している。Ｑ値をこの値以上とすることにより、優れた振動特性を発揮することができる。
図７から、溝５５、５６の最大深さｔが０．４５８Ｔおよび０．４８３Ｔのときに、Ｑ値が下限値Ｑｍｉｎを超える領域が存在することが読み取れる。このことから、前述したように、
【００３８】
0.458Ｔ≦ｔ≦0.483Ｔ      ・・・・（２）
【００３９】
なる関係を満足する必要があることが読み取れる。また、図７から、ｔ＝０．４５８Ｔの場合において、Ｗ＝４．１μｍ（点Ａ）、９．９μｍ（点Ｂ）の時に、Ｑ＝Ｑｍｉｎとなり、ｔ＝０．４８３Ｔの場合において、Ｗ＝５．９μｍ（点Ｃ）、８．９μｍ（点Ｄ）の場合に、Ｑ＝Ｑｍｉｎとなることが読み取れる。図８は、これら４つの点Ａ〜Ｄをプロットして得られたグラフであり、Ｑ＝Ｑｍｉｎである場合におけるηとＷの関係を示すグラフである。図８中の点Ａおよび点Ｃを結ぶ直線は、
【００４０】
Ｗ＝−36.000η＋39.020［μｍ］      ・・・・（４）
【００４１】
で表され、点Ｂおよび点Ｄを結ぶ直線は、
【００４２】
Ｗ＝26.000η−15.320［μｍ］      ・・・・（５）
で表される。したがって、図８から、
【００４３】
−36.000η＋39.020≦Ｗ≦26.000η−15.320［μｍ］    ・・・・（３）
ただし、0.916≦η≦0.966
【００４４】
なる関係を満たすことにより、下限値Ｑｍｉｎ以上のＱ値を有する振動片が得られることが読み取れる。以上より、式（２）および式（３）を共に満足することにより、高いＱ値が得られ、振動特性に優れた振動片２となることが証明される。
【００４５】
（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片２が気密的に収納されている。振動片２は、支持腕７４、７５の先端部にて、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。
【００４６】
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、振動片２の振動特性が向上する。
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。
【００４７】
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、振動片２の第１駆動用電極８４は、支持腕７４の先端部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、振動片２の第２駆動用電極８５は、支持腕７５の先端部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。
【００４８】
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。
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。
【００４９】
２．振動片の製造方法
次に、振動片２の製造方法（本発明の製造方法）について図９および図１０に基づいて説明する。なお、図９および図１０は、それぞれ、図１中のＢ−Ｂ線断面に対応する断面図である。
振動片２の製造方法は、水晶基板をウェットエッチング法によってパターニングすることにより、基部４と、振動腕５、６と、支持部７とを有する水晶基板３を形成する工程を有しており、振動腕５、６に形成する溝５５、５６、６５、６６を、０．４５８Ｔ≦ｔ≦０．４８３Ｔなる関係を満たし、かつ、−３６．０００η＋３９．０２０≦Ｗ≦２６．０００η−１５．３２０［μｍ］なる関係を満たすように形成する。以下、詳細に説明する。
【００５０】
まず、図９（ａ）に示すように、Ｚカットの水晶基板３０を用意する。水晶基板３０は、後述する加工を経て水晶基板３となる部材である。次に、図９（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法などを用いて、水晶基板３０の上面に第１マスクＭ１を形成するとともに、下面に第２マスクＭ２を形成する。第１、第２マスクＭ１、Ｍ２は、水晶基板３の外形形状に対応して形成するマスクである。次に、第１、第２マスクＭ１、Ｍ２を介して水晶基板３０をウェットエッチングする。これにより、図９（ｃ）に示すように、基部４と、溝が形成されていない振動腕５、６と、支持部７とが一体的に形成される（ただし、基部４および支持部７については図示しない）。
【００５１】
次に、図９（ｄ）に示すように、水晶基板３０の上面に第３マスクＭ３を形成するとともに、下面に第４マスクＭ４を形成する。第３マスクＭ３は、溝５５、６５の外形形状に対応して形成するマスクであり、第４マスクＭ４は、溝５６、６６の外形形状に対応して形成するマスクである。この際、溝５５、５６、６５、６６の最大深さｔは、０．４５８Ｔ≦ｔ≦０．４８３Ｔの範囲内にて予め決定されているため、そのｔに基づいて決定される幅Ｗに基づいて、第３、第４マスクＭ３、Ｍ４を形成すればよい。
【００５２】
次に、第３、第４マスクＭ３、Ｍ４を介して水晶基板３０をウェットエッチングことにより、図１０（ａ）に示すように、振動腕５に溝５５、５６が形成されるとともに、振動腕６に溝６５、６６が形成される。これにより、水晶基板３が得られる。なお、この際、溝５５、５６、６５、６６の最大深さｔが所定値となるように、ウェットエッチングのエッチング時間を制御する。このように、ウェットエッチングによって水晶基板３（特に、溝５５、５６、６５、６６）を形成することにより、前述したシミュレーションで用いたような、水晶の結晶面が現れる溝５５、５６、６５、６６を形成することができる。
【００５３】
次に、図１０（ｂ）に示すように、蒸着等によって、水晶基板３の表面に金属膜８を形成する。次に、図１０（ｃ）に示すように、例えば、図示しないマスクを介して金属膜８をパターニングすることにより、第１、第２駆動用電極８４、８５を形成する。以上により、振動片２が得られる。このような製造方法によれば、優れた振動特性を有する振動片２を簡単に製造することができる。
【００５４】
＜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１１は、本発明の第２実施形態にかかる振動子が有する振動片の平面図、図１２は、図１１中のＣ−Ｃ線断面図およびＤ−Ｄ線断面図である。
【００５５】
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。
本発明の第２実施形態にかかる振動子は、振動片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。
【００５６】
図１１に示すように、振動片２Ａは、基部４Ａと、基部４ＡからＸ軸方向両側に延出する連結腕４１Ａ、４２Ａと、連結腕４１Ａの先端部からＹ軸方向に延出する振動腕５Ａと、連結腕４２Ａの先端部からＹ軸方向に延出する振動腕６Ａとを有している。このような振動片２は、基部４Ａにて、接着剤を介してパッケージ９に固定されている。なお、振動腕５Ａ、６Ａは、前述した第１実施形態の振動腕５、６と同様の構成である。
【００５７】
また、図１２（ａ）に示すように、連結腕４１Ａは、その上面に開放し、Ｘ軸方向に延在する溝４１１Ａと、下面に開放し、Ｘ軸方向に延在する溝４１２Ａとを有している。同様に、図１２（ｂ）に示すように、連結腕４２Ａは、その上面に開放し、Ｘ軸方向に延在する溝４２１Ａと、下面に開放し、Ｘ軸方向に延在する溝４２２Ａとを有している。なお、このような連結腕４１Ａ、４２Ａは、互いに同様の構成（形状、大きさ）をなしている。
連結腕４１Ａの厚さをＴ１とし、溝４１１Ａ、４１２Ａの最大深さをｔ１としたとき、Ｔ１とｔ１は、
【００５８】
0.458Ｔ１≦ｔ１≦0.483Ｔ１      ・・・・（６）
【００５９】
なる関係を満足している。同様に、連結腕４２Ａもこのような関係を満足している。
また、連結腕４１Ａの土手部４１３Ａの幅をＷ１とし、溝４１１Ａ、４１２Ａの最大深さの合計（すなわち２ｔ１）をｔ１’とし、ｔ１’／Ｔ１＝η１としたとき、Ｗ１とη１は、
【００６０】
−36.000η１＋39.020［μｍ］≦Ｗ１≦26.000η１−15.320［μｍ］    ・・（７）
ただし、0.916≦η１≦0.966
【００６１】
なる関係を満足している。同様に、連結腕４２Ａもこのような関係を満足している。これにより、連結腕４１Ａ、４２Ａにおいても、熱弾性損失の低下を図ることができ、優れた振動特性を発揮することのできる振動片２Ａとなる。
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。
【００６２】
（発振器）
次いで、本発明の振動片を適用した発振器（本発明の発振器）について説明する。
図１３に示す発振器１０は、振動子１と、振動片２を駆動するためのＩＣチップ（チップ部品）８０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。
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。
【００６３】
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の底面の中央部に開放する第２凹部９１１ｂと、第２凹部９１１ｂの底面の中央部に開放する第３凹部９１１ｃとを有している。
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８０が配置されている。ＩＣチップ８０は、振動片２の駆動を制御するための駆動回路（発振回路）を有している。ＩＣチップ８０によって振動片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。
【００６４】
また、第２凹部９１１ｂの底面には、ワイヤーを介してＩＣチップ８０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（実装端子）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１３の構成では、ＩＣチップ８０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８０の配置は、特に限定されず、例えば、パッケージ９の外側（ベースの底面）に配置されていてもよい。
【００６５】
（電子機器）
次いで、本発明の振動片を適用した電子機器（本発明の電子機器）について、図１４〜図１６に基づき、詳細に説明する。
図１４は、本発明の振動片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１００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１が内蔵されている。
【００６６】
図１５は、本発明の振動片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１００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１が内蔵されている。
【００６７】
図１６は、本発明の振動片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。
【００６８】
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。
【００６９】
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなディジタルスチルカメラ１３００には、フィルター、共振器等として機能する振動子１が内蔵されている。
【００７０】
なお、本発明の振動片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、ページャー、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。
【００７１】
以上、本発明の振動片、振動片の製造方法、振動子、発振器および電子機器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。
また、振動片としては、例えば、ジャイロセンサーのようなものにも適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１……振動子  １０……発振器  １１……接着剤  ２、２Ａ……振動片  ３……水晶基板  ３０……水晶基板  ４、４Ａ……基部  ４１Ａ、４２Ａ……連結腕  ４１１Ａ、４１２Ａ、４２１Ａ、４２２Ａ……溝  ４１３Ａ……土手部  ５、５Ａ……振動腕  ５１、５２……主面  ５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ……土手部  ５３、５４……側面  ５５、５６……溝  ５９、６９……ハンマーヘッド  ６、６Ａ……振動腕  ６１、６２……主面  ６３、６４……側面  ６５、６６……溝  ７……支持部  ７１……分岐部  ７２、７３……連結腕  ７４、７５……支持腕  ８……金属膜  ８０……ＩＣチップ  ８４……第１駆動用電極  ８５……第２駆動用電極  ９……パッケージ  ９１……ベース  ９４……外部端子（実装端子）  １００……表示部  ９１１……凹部  ９１１ａ……第１凹部  ９１１ｂ……第２凹部  ９１１ｃ……第３凹部  ９２……リッド  ９３……内部端子  ９５、９５１、９６、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  Ｆ１、Ｆ２……曲線  ｔ、ｔ１……最大深さ  Ｔ、Ｔ１……厚さ  Ｗ、Ｗ１……幅  Ｍ１……第１マスク  Ｍ２……第２マスク  Ｍ３……第３マスク  Ｍ４……第４マスク  Ｌ１……線分  Ｓ、Ｓ１、Ｓ２……領域
【図１】
0005910287.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【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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