【手続補正書】
【提出日】平成28年2月2日(2016.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み滑り振動で振動し、表裏の関係にある第１の主面及び第２の主面を含む基板と、
前記第１の主面に配置されている第１の励振電極と、
前記第２の主面に配置されている第２の励振電極と、
を含み、
前記第１の励振電極は、平面視で、前記第２の励振電極の外縁以内に配置されており、
前記基板の厚さをｔｓ、前記第１の励振電極と前記第２の励振電極の厚さの合計をｔｅ、前記第２の励振電極の厚さをｔｅ２、前記第１の励振電極の厚みすべり振動の振動方向に沿った方向の長さをｈｘ、前記第１の励振電極および前記第２の励振電極の密度をρｅ、前記基板の密度をρｘ、前記基板のカットオフ周波数をｆｓ、前記基板に前記第１の励振電極および前記第２の励振電極を配置したときに前記基板で励振される周波数をｆｅ、前記基板のエネルギー閉じ込め係数をＭ、周波数低下量を△、前記基板の周波数定数をＲ、前記基板の異方性定数をＫ、として
Ｍ＝Ｋ×（ｈｘ／（２×ｔｓ））×√△
△＝（ｆｓ−ｆｅ）／ｆｓ
ｆｓ＝Ｒ／［ｔｓ＋ｔｅ２×（ρｅ／ρｘ）］
ｆｅ＝Ｒ／［ｔｓ＋ｔｅ×（ρｅ／ρｘ）］
１５．５≦Ｍ≦３６．７
の関係を満たすことを特徴とする振動素子。
【請求項２】
請求項１において、
１７．１≦Ｍ≦３５．７
の関係を満たすことを特徴とする振動素子。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１の励振電極の厚み滑り振動方向と直交する方向に沿った長さをｈｚとしたとき、
１．２５≦ｈｘ／ｈｚ≦１．３１
の関係を満たすことを特徴とする振動素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記基板は水晶基板であることを特徴とする振動素子。
【請求項５】
請求項４において、
前記水晶基板がＡＴカット水晶基板であることを特徴とする振動素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一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、
を備えていることを特徴とする振動子。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一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電子デバイス。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか一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９】
請求項１乃至５のいずれか一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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［形態１］本形態に係る振動素子は、厚み滑り振動で振動し、表裏の関係にある第１の主面及び第２の主面を含む基板と、前記第１の主面に配置されている第１の励振電極と、前記第２の主面に配置されている第２の励振電極と、を含み、
前記第１の励振電極は、平面視で、前記第２の励振電極の外縁以内に配置されており、
前記基板の厚さをｔｓ、前記第１の励振電極と前記第２の励振電極の厚さの合計をｔｅ、前記第２の励振電極の厚さをｔｅ２、前記第１の励振電極の厚みすべり振動の振動方向に沿った方向の長さをｈｘ、前記第１の励振電極および前記第２の励振電極の密度をρｅ、前記基板の密度をρｘ、前記基板のカットオフ周波数をｆｓ、前記基板に前記第１の励振電極および前記第２の励振電極を配置したときに前記基板で励振される周波数をｆｅ、前記基板のエネルギー閉じ込め係数をＭ、周波数低下量を△、前記基板の周波数定数をＲ、前記基板の異方性定数をＫ、として
Ｍ＝Ｋ×（ｈｘ／（２×ｔｓ））×√△ 
△＝（ｆｓ− ｆｅ）／ｆｓ 
ｆｓ＝Ｒ／［ｔｓ＋ｔｅ２×（ρｅ／ρｘ）］
ｆｅ＝Ｒ／［ｔｓ＋ｔｅ×（ρｅ／ρｘ）］
１５．５≦Ｍ≦３６．７
の関係を満たすことを特徴とする。
本形態によれば、基本波の厚み滑り振動モードで励振する高周波の振動素子において、励振電極及びリード電極の薄膜化に伴うオーミックロスの影響によるＣＩ値の劣化を低減し、励振電極の寸法や膜厚により決定されるインハーモニックモードのスプリアスの励振強度を低減することが可能となる。これにより、主振動のＣＩ値は小さくなり、主振動のＣＩｍ値に対する近接したスプリアスのＣＩｓ値との比、即ちＣＩ値比（ＣＩｓ／ＣＩｍ）の大きな振動素子が得られるという効果がある。
［形態２］上記形態に記載の振動素子において、１７．１≦Ｍ≦３５．７の関係を満たすことを特徴とする。
本形態によれば、インハーモニックモードのスプリアスの励振強度をよりいっそう低減することが可能となるという効果がある。
［形態３］上記形態に記載の振動素子において、前記第１の励振電極の厚み滑り振動方向と直交する方向に沿った長さをｈｚとしたとき、
１．２５≦ｈｘ／ｈｚ≦１．３１
の関係を満たすことを特徴とする。
本形態によれば、結晶の異方性により定まる変位方向の変位分布と、それと直交する方向の変位分布が異なる基板を用いた場合、主振動のエネルギー閉じ込めの効率を高めることができる。さらに、振動素子の容量比γ（＝Ｃ０／Ｃ１、ここで、Ｃ０は静電容量、Ｃ１は直列共振容量）を小さくできる。
ここで、厚み滑り振動の共振周波数が２００ＭＨｚ以上とした場合、厚み滑り振動モードで励振する振動素子は、その周波数が基板の板厚に反比例し決定されるので、２００ＭＨｚ以上の高周波になると基板の板厚が８．４μｍ以下と非常に薄くなるため、形成する励振電極の膜厚も非常に薄くする必要がある。そのため、電極の薄膜化によるオーミックロスの影響が非常に大きくなり、エネルギー閉じ込め係数Ｍを前記範囲にすることは、これらの問題を低減できるので、発振回路が必要とするＣＩ値仕様とスプリアス仕様を満足できる振動素子が得られるという効果がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
一般的に厚み滑り振動モードは基板上に部分電極を形成するか、厚み差を設けると、その部分近傍に振動エネルギーを閉じ込めることができ、安定した共振周波数を得ることができる。この場合の閉じ込めモードの共振周波数は、基板の板厚ｔｓや励振電極の膜厚ｔｅと寸法ｈｘにより求まるエネルギー閉じ込め係数Ｍの関数として表される。
エネルギー閉じ込め係数Ｍは、下記式（１）で表される。
Ｍ＝Ｋ×（ｈｘ／（２×ｔｓ））×√△・・・（１）
ここで、Ｋは基板の異方性係数（ＡＴカット基板の場合は１．５３８）、ｈｘは励振電極の厚み滑り振動の変位方向に沿った寸法、ｔｓは基板の厚み、△は周波数低下量である。尚、ｈｘは、励振電極が円形や楕円形のように形状が矩形でない場合は、厚み滑り振動モードの変位方向に沿った長さのうち最大値を寸法とする。
また、周波数低下量△は下記式（２）で表される。
△＝（ｆｓ−ｆｅ）／ｆｓ・・・（２）
ここで、ｆｓは基板のカットオフ周波数、ｆｅは基板全面に励振電極を成膜した場合の周波数である。
なお、表裏の励振電極の形状と面積が同一の場合、基板のカットオフ周波数ｆｓは下記式（３）で、基板全面に励振電極を成膜した場合の周波数ｆｅは下記式（４）で表される。
ｆｓ＝Ｒ／ｔｓ・・・（３）
ｆｅ＝Ｒ／［ｔｓ＋ｔｅ×（ρｅ／ρｘ）］・・・（４）
ここで、Ｒは基板の周波数定数、ｔｓは基板の厚み、ｔｅは表裏の励振電極の厚みの合計、ρｅは励振電極の密度、ρｘは基板の密度である。
また、表裏の励振電極の形状と面積が異なる場合、基板のカットオフ周波数ｆｓは下記式（５）で、基板全面に励振電極を成膜した場合の周波数ｆｅは下記式（６）で表される。
ｆｓ＝Ｒ／［ｔｓ＋ｔｅ２×（ρｅ／ρｘ）］・・・（５）
ｆｅ＝Ｒ／［ｔｓ＋ｔｅ×（ρｅ／ρｘ）］・・・（６）
ここで、Ｒは基板の周波数定数、ｔｓは基板の厚み、ｔｅ２は面積の大きい方の励振電極の厚み、ｔｅは表裏の励振電極の厚みの合計、ρｅは励振電極の密度、ρｘは基板の密度である。また、式（１）において、ｈｘは面積の小さい方の励振電極の厚み滑り振動の変位方向に沿った寸法とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図４は図１の実施形態例で試作した２４６ＭＨｚ〜４９１ＭＨｚ帯の共振周波数で振動するＡＴカット水晶振動素子の試作条件と測定結果を示したものである。
表裏の励振電極２５ａ，２５ｂは下地層としてのニッケル（Ｎｉ）層の厚みを７ｎｍで一定とし、上地層としての金（Ａｕ）層の厚みを４５ｎｍ〜１２０ｎｍとしている。励振電極２５ａの寸法は、ｈｘ／ｈｚ＝１．２８を中心として、１．２５≦ｈｘ／ｈｚ≦１．３１を満足するように、ｈｘを０．１４ｍｍ〜０．７０ｍｍ、ｈｚを０．１１ｍｍ〜０．５６ｍｍとしている。尚、ｈｚは励振電極２５ａの厚み滑り振動方向と直交する方向に沿った寸法（長さ）である。
また、表裏のリード電極２７ａ，２７ｂとパッド電極２９ａ，２９ｂはオーミックロスの影響を回避するために励振電極と同等の厚みを形成した上層部に、厚みが７ｎｍのニッケル（Ｎｉ）の層を積層し、その上に厚みが２００ｎｍの金（Ａｕ）層を積層している。
ここで、図４に示す試作条件は、前述の式（１）、（２）、（５）、（６）を満たしている。
Ｍ＝Ｋ×（ｈｘ／（２×ｔｓ））×√△・・・（１） 
△＝（ｆｓ− ｆｅ）／ｆｓ・・・（２）
ｆｓ＝Ｒ／［ｔｓ＋ｔｅ２×（ρｅ／ρｘ）］・・・（５）
ｆｅ＝Ｒ／［ｔｓ＋ｔｅ×（ρｅ／ρｘ）］・・・（６）
尚、各パラメータは以下の通りである。
Ｋ＝１．５３８
Ｒ＝１．６７（ＭＨｚ・ｍｍ）
ρｘ＝２．６４９（ｇ／ｃｍ３）
ρＡｕ（金の密度）＝１９．３（ｇ／ｃｍ３）
ρＮｉ（ニッケルの密度）＝８．９（ｇ／ｃｍ３）
２層構造からなる励振電極の密度ρｅは以下のように算出される。
ρｅ＝（ρＡｕ×ｔＡｕ＋ρＮｉ×ｔＮｉ）／（ｔＡｕ＋ｔＮｉ）
ここで、ｔＡｕは上地層の金（Ａｕ）層の厚み、ｔＮｉは下地層のニッケル（Ｎｉ）層の厚みである。
ｆｓは振動部１２のカットオフ周波数、ｆｅは振動部１２に励振電極を配置したときの周波数である。
図４からエネルギー閉じ込め係数Ｍは、１５．５≦Ｍ≦３６．７としたとき、主振動のＣＩ値を２０（Ω）以下に低減できることが分かる。