振動元件、振子、電子器件、電子設備以及移動體的制作方法

振動元件、振子、電子器件、電子設備以及移動體的制作方法
【專利摘要】振動元件、振子、電子器件、電子設備以及移動體。抑制了寄生振動的影響、振動特性良好。振動元件包含以厚度剪切振動的方式進行振動的基板(10)；第1激勵電極(25a)，其設置在基板(10)的一個主面上，具有切除假想四邊形(25f)的至少三個角后的形狀；第2激勵電極(25b)，其設置在基板(10)的另一個主面上，假想四邊形(25f)的面積(S1)與第1激勵電極(25a)的面積(S2)之比(S2/S1)滿足69.2％≤(S2/S1)≤80.1％的關系。
【專利說明】振動元件、振子、電子器件、電子設備以及移動體

【技術領域】
[0001]本發明涉及激勵出厚度剪切振動的振動元件、振子、電子器件、電子設備以及移動體。

【背景技術】
[0002]激勵出作為主振動的厚度剪切振動的AT切石英振子適合小型化、高頻率化且頻率溫度特性呈現出良好的三次曲線，所以使用于振蕩器、電子設備等的多個方面。尤其，近年來，伴隨著傳輸通信設備、OA設備的處理速度的高速化或者通信數據及處理量的大容量化的發展，對于作為其采用的基準頻率信號源的AT切石英振子的高頻化要求越來越高。關于以厚度剪切振動進行激勵的AT切石英振子的高頻化，一般通過使振動部分的厚度變薄來實現高頻化。
[0003]但是，當振動部分的厚度伴隨著高頻化而變薄時，存在這樣的問題:頻率的調整靈敏度提高，所以，頻率最終精度變差，振子的制造合格率降低。與此相對，專利文獻I公開了這樣的情況:在溫度補償型振蕩器的振動元件中，大致均等地切除長方形狀的激勵電極的四個角，通過使其面積與切除前的面積之比成為95%?98%，可減小振子的電容比Y (=C0/C1，這里，CO是等效并聯電容，Cl是等效串聯電容)，因為頻率可變靈敏度變大，所以，能夠增大振蕩頻率的調節的富余度。
[0004]專利文獻1:日本特開2002-111435號公報
[0005]但是，存在這樣的問題:主振動與由于振動部分厚度的平面平行度的偏差等而產生的寄生振動發生耦合的可能性較高，產生頻率的躍變(jump)現象，振蕩變得不穩定。


【發明內容】

[0006]本發明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，可作為以下的方式或應用例來實現。
[0007][應用例I]
[0008]本應用例的振動元件的特征是，該振動元件包含:基板，其以厚度剪切振動的方式進行振動，包含彼此處于正反關系的第I主面和第2主面；第I激勵電極，其設置在所述第I主面上；以及第2激勵電極，其設置在所述第2主面上，在俯視時與所述第I激勵電極重疊，所述基板中的被所述第I激勵電極和所述第2激勵電極夾住的區域包含俯視時與假想的四邊形相接的邊或圓周，該假想的四邊形的四個角的大小全部相等，并且，所述區域包含俯視時與所述四邊形的至少3個角部不重疊的外緣部，在設所述四邊形的面積為S1、所述第I激勵電極的面積為S2時，滿足69.2%^ (S2/S1) < 80.1%。
[0009]根據本應用例，具有這樣的效果:通過使被上述第I激勵電極和上述第2激勵電極夾住的區域成為切除四邊形的3個角部后的形狀，可得到穩定地以主振動進行振動的振動元件。
[0010]S卩，主振動的振動區域集中于激勵電極的中央部，所以，即使成為切除激勵電極的3個角部后的電極形狀，對頻率變化的影響也很小，主振動的頻率幾乎不變。但是，由于振動部分的厚度的平面平行度的偏差等而產生的寄生振動的振動區域集中于激勵電極的四個角和周邊部，因此，當被上述第I激勵電極和上述第2激勵電極夾住的區域成為切除四邊形的3個角部后的電極形狀時，寄生振動的振動區域上的激勵電極的面積變小，等同于激勵電極的膜厚變薄，所以寄生振動的頻率變高。因此，具有可得到穩定地以主振動進行振動的振動元件的效果。
[0011]另外，具有這樣的效果:因為切除了實際上對主振動的振動沒有貢獻的激勵電極的四個角的至少三個角，所以能夠高效地封閉主振動的振動能量，使等效串聯電容Cl變大而且能夠減小由激勵電極的面積決定的等效并聯電容CO，從而可獲得電容比Y小的振動元件。
[0012][應用例2]
[0013]上述應用例記載的振動元件的特征是，所述區域包含俯視時與所述四邊形的4個角部不重疊的外緣部。
[0014]根據本應用例，通過成為切除了實際對主振動的振動沒有貢獻的激勵電極的四個角的形狀，能夠在使主振動的頻率幾乎不變化的情況下，減小寄生振動的振動區域集中的區域的電極面積，因此能夠提高寄生振動的頻率。從而具有這樣的效果:可得到降低了由于與寄生振動的耦合而弓I起的頻率躍變現象的振動元件。
[0015]另外，因為能夠使激勵電極減小，所以具有可獲得電容比Y小的振動元件的效果O
[0016][應用例3]
[0017]上述應用例記載的振動元件的特征是，所述第I激勵電極在俯視時處于所述第2激勵電極的外緣內。
[0018]根據本應用例，具有這樣的效果:在用金屬掩模法形成第I激勵電極和第2激勵電極的情況下，即使掩模存在一些位置偏離，在俯視時第I激勵電極和第2激勵電極重疊的面積也不易發生變化，因此不易產生等效串聯電容Cl、等效并聯電容CO的偏差，能夠得到電容比Y的偏差較小的振動元件。
[0019]另外，厚度剪切振動僅在第I激勵電極與第2激勵電極在俯視時重疊的區域進行振動，所以當第I激勵電極處于第2激勵電極的外緣內時，可利用第I激勵電極的面積和厚度來決定高效地封閉主振動的振動能量的情況。
[0020]因此，相比于第I激勵電極與第2激勵電極的面積相同的情況，可使電極的厚度變厚，具有能夠降低電極膜的歐姆損耗并降低主振動的Cl值的劣化的效果。
[0021][應用例4]
[0022]上述應用例記載的振動元件的特征是，該振動元件包含引線電極，該引線電極從所述第I激勵電極的外緣中的、與所述四邊形的角部不重疊的區域以外的外緣延伸。
[0023]根據本應用例，引線電極從切除角部后的區域以外的第I激勵電極的外緣延伸，能夠可靠地減小集中于第I激勵電極的周邊部的寄生振動的振動區域中的第I激勵電極的面積，所以具有這樣的效果:可獲得能夠提高寄生振動的頻率而減少與主振動的耦合的振動元件。
[0024][應用例5]
[0025]上述應用例記載的振動元件的特征為，所述基板是石英基板。
[0026]根據本應用例，因為石英基板的Q值高、溫度特性良好，所以具有可獲得具備穩定的振動特性的振動元件這樣的效果。
[0027][應用例6]
[0028]上述應用例記載的振動元件的特征為，所述石英基板是AT切石英基板。
[0029]根據本應用例，具有如下的效果:基板通過采用具有溫度特性良好的切斷角度的AT切石英基板，可實現頻率溫度特性良好的振動元件。
[0030][應用例7]
[0031]上述應用例記載的振動元件的特征是，在設所述第I激勵電極的沿著厚度剪切振動方向的長度為hx、沿著與所述厚度剪切振動方向正交的方向的長度為hz時，滿足
1.25 ( hx/hz 彡 1.31。
[0032]根據本應用例，當采用由結晶的各向異性決定的移位方向的移位分布和與其正交的方向的移位分布不同的基板時，可提聞主振動的能量封閉的效率，所以，等效串聯電容Cl變大，能夠使振動元件的電容比Y更小。
[0033][應用例8]
[0034]本應用例的振子的特征是，具備上述應用例所述的振動元件和收容所述振動元件的封裝。
[0035]根據本應用例，通過在封裝中收容振動元件來獲得可靠性品質高的振子。
[0036]例如，因為能夠防止溫度變化或濕度變化等外部干擾的影響或污染的影響，所以具有可獲得頻率再現性、頻率溫度特性、Cl溫度特性以及頻率老化特性良好的振子的效果。
[0037][應用例9]
[0038]本應用例的電子器件的特征是，具備上述應用例所述的振動元件和驅動上述振動元件的振蕩電路。
[0039]根據本應用例，具有可獲得這樣的電子器件的效果:振動元件的主振動具有穩定的特性。
[0040]例如，因為振動元件的主振動與寄生振動的頻率差較大，所以具有能降低由于與寄生振動的耦合而引起的頻率躍變現象的穩定的振蕩特性，而且振動元件的電容比Y小，所以具有可獲得具備較寬的頻率可變幅度的壓控型電子器件的效果。
[0041]另外，電子器件可構成振蕩器、溫度補償型振蕩器等，具有可構成頻率再現性、老化特性、頻率溫度特性良好的振蕩器的效果。
[0042][應用例10]
[0043]本應用例的電子設備的特征是具備上述應用例所述的振動元件。
[0044]根據本應用例，在電子設備中采用主振動具有穩定特性的振動元件，由此具有可構成高性能的電子設備的效果。
[0045][應用例11]
[0046]本應用例的移動體的特征是具備上述應用例所述的振動元件。
[0047]根據本應用例，因為具備主振動具有穩定特性的振動元件，所以能夠獲得更高性能的移動體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖1是示出本發明一實施方式的振動元件的構造的概括圖，圖1的(a)是俯視圖，圖1的(b)是P-P線剖視圖，圖1的(C)是Q-Q線剖視圖。
[0049]圖2是說明AT切石英基板與晶軸之間的關系的圖。
[0050]圖3是示出設置有激勵電極的振動元件中的振動移位分布的說明圖，圖3的(a)是俯視圖，圖3的(b)是縱剖視圖。
[0051]圖4是示出AT切石英振動元件的試制條件和測定結果的圖。
[0052]圖5是示出與激勵電極的面積比相對的振動元件的Cl值以及Λ f值的圖。
[0053]圖6是示出本發明變形例的振動元件的構造的概括圖，圖6的(a)是示出第一變形例的俯視圖，圖6的(b)是示出第二變形例的俯視圖，圖6的(c)是示出第三變形例的俯視圖。
[0054]圖7是示出振子的構造的概括圖，圖7的(a)是俯視圖，圖7的(b)是縱剖視圖。
[0055]圖8是示出本發明一實施方式的電子器件的構造的概括圖，圖8的(a)是俯視圖，圖8的(b)是縱剖視圖。
[0056]圖9是示出應用了具備本發明一實施方式的振動元件的電子設備的移動型(或筆記本型)個人計算機的結構的立體圖。
[0057]圖10是示出應用了具備本發明一實施方式的振動元件的電子設備的移動電話機(還包含PHS)的結構的立體圖。
[0058]圖11是示出應用了具備本發明一實施方式的振動元件的電子設備的數字照相機的結構的立體圖。
[0059]圖12是概括地示出作為本發明的移動體的一例的汽車的立體圖。
[0060]標號說明
[0061]1、la振動元件；2振子；3電子器件；10基板；11凹陷部；12振動部；13厚壁部；14第I厚壁部；14a第I厚壁主體；14b第I傾斜部；15第2厚壁部；15a第2厚壁主體；15b第2傾斜部；16第3厚壁部；16a第3厚壁主體；16b第3傾斜部；17縫；23激勵電極；25a、25c、25d、25e第I激勵電極；25b第2激勵電極；25f假想的四邊形；26a、26b缺口部；27a、27b引線電極；29a、29b焊盤電極；30導電性粘結劑；40封裝主體；41第I基板；42第2基板；43第3基板；44密封環；45安裝端子；46導體；47元件安裝焊盤；48電極端子；49蓋部件；50封裝主體；51 IC部件；52電子部件；55電極端子；61第I基板；62第2基板；63第3基板；100顯示部；1100個人計算機；1102鍵盤；1104主體部；1106顯示單元；1200移動電話機;1202操作按鈕;1204受話口 ; 1206送話口 ; 1300數字照相機;1302外殼;1304受光單元；1306快門按鈕；1308存儲器；1312視頻信號輸出端子；1314輸入輸出端子；1330電視監視器；1340個人計算機；1400汽車；1401輪胎；1402電子控制單元。

【具體實施方式】
[0062]以下，根據附圖示出的優選實施方式來詳細說明本發明的振動元件、振子、電子器件、電子設備以及移動體。
[0063]<振動元件>
[0064]首先，說明本發明的振動元件。
[0065]圖1是示出本發明一實施方式的振動元件的結構的概括圖，圖1的(a)是振動元件的俯視圖，圖1的(b)是圖1的(a)的P-P線剖視圖，圖1的(C)是圖1的(a)的Q-Q線首1J視圖。
[0066]振動元件I具備:基板10，其具有振動部12以及與振動部12連接設置且厚度比振動部12的厚度厚的厚壁部13 ;在振動部12的兩個主面(土Y’方向的正反面)上以分別相對的方式形成的第I激勵電極25a、第2激勵電極25b ；以及從第I激勵電極25a、第2激勵電極25b向設置于厚壁部的焊盤電極29a、29b分別延伸地形成的引線電極27a、27b。
[0067]基板10具備:厚度固定的平板狀的振動部12，其呈矩形且較薄，與Y’軸垂直；厚壁部13，其由沿著振動部12的除一邊以外的三邊而一體化的第I厚壁部14、第2厚壁部15和第3厚壁部16 (也稱作第1、第2和第3厚壁部14、15、16)構成；以及縫17，其用于防止將進行支承固定時產生的安裝應力傳遞至振動部12。
[0068]另外,第I厚壁主體14a、第2厚壁主體15a和第3厚壁主體16a(也稱作第1、第
2、第3厚壁主體14a、15a、16a)是指與Y’軸平行、厚度固定的區域。
[0069]此外，第I傾斜部14b、第2傾斜部15b和第3傾斜部16b (也稱作第1、第2和第3傾斜部14b、15b、16b)是指在第1、第2、第3厚壁主體14a、15a、16a與振動部12之間產生的傾斜面。
[0070]振動部12的一個主面與第1、第2、第3厚壁部14、15、16各自的一個面處于同一平面上，即處于圖1所示的坐標軸的X — Z’平面上，將該面稱作(處于圖1的(b)的一 Y’方向的下表面側)稱作平坦(flat)面，將具有凹陷部11的相反側的面(處于圖1的(b)的+Y’方向的上表面側)稱作凹陷面。
[0071]在圖1所示的實施方式例中，第I激勵電極25a形成為切除四邊形優選為矩形的四個角后的形狀，即，形成為邊與由沿著X軸方向的長度hx和沿著V軸方向的長度hz構成的假想四邊形25f內接、切除上述假想四邊形25f的四個角后的形狀。另外，第2激勵電極25b也與第I激勵電極25a同樣地形成為切除四邊形優選為矩形的四個角的形狀。而且，第I激勵電極25a和第2激勵電極25b以俯視時相互重疊的方式，分別形成在振動部12的大致中央部的兩個主面(正面和反面)上。此外，第2激勵電極25b的形狀也可以是四邊形、矩形狀、圓形、橢圓形。
[0072]第I激勵電極25a和第2激勵電極25b的大小不同，第2激勵電極25b比第I激勵電極25a大。在振動部12中實際進行激勵的區域是被第I激勵電極25a和第2激勵電極25b夾著的區域。S卩，在第2激勵電極25b中，實際對激勵振動部12有貢獻的區域是俯視時與第I激勵電極25a重疊的部分。即，第2激勵電極25b由對激勵有貢獻的電極、以及與該對激勵有貢獻的電極的外緣一體化的對激勵沒有貢獻的電極構成。
[0073]此外，關于第I激勵電極25a、第2激勵電極25b的與引線電極27a、27b連接的部分，以沿著激勵電極形狀的外緣(外邊)的延長線(假想線)為邊界來說明其形狀和面積。
[0074]優選切除的第I激勵電極25a關于第I激勵電極25a的中心點對稱。或者，四個角的缺口面積相對于假想的四邊形25f相同。此外，在第I激勵電極25a中，期望的是切除假想四邊形25f的四角的4個面積分別相同(大致均等)，但已確認到如果考慮到制造偏差，即使產生了大約10%的誤差，也不會對實際的振動產生影響，不存在對能夠通過本實施方式的例子得到的效果產生影響的問題。
[0075]引線電極27a從形成于凹陷面上的第I激勵電極25a延伸，從振動部12上經由第3傾斜部16b和第3厚壁主體16a，與形成于第2厚壁主體15a的凹陷面上的焊盤電極29a導通連接。此外，引線電極27b從形成于平坦面上的第2激勵電極25b延伸，經由基板10的平坦面的端緣部，與形成于第2厚壁主體15a的平坦面上的焊盤電極29b導通連接。
[0076]圖1的(a)所示的實施方式例只是引線電極27a、27b的引出結構的一例，引線電極27a也可以經過其它厚壁部。但是，希望引線電極27a、27b的長度最短，優選的是，通過以引線電極27a、27b彼此隔著基板10而不交叉的方式進行配置，來抑制靜電電容的增加。
[0077]另外，第I激勵電極25a、第2激勵電極25b、引線電極27a、27b和焊盤電極29a、29b是使用蒸鍍裝置或濺射裝置等例如形成鎳(Ni)膜作為底層、并在其上重疊地形成金(Au)膜作為上層、然后通過光刻進行構圖而形成的。另外，作為電極材料，也可以替代底層的鎳(Ni)而使用鉻(Cr)，并且替代上層的金(Au)而使用銀(Ag)、鉬(Pt)。
[0078]接著，說明本實施方式例的振動元件I的基板10。
[0079]圖2是說明AT切石英基板與晶軸之間的關系的圖。
[0080]石英等壓電材料屬于三方晶系列，如圖2所示，具有相互正交的晶軸X、Y、Z。X軸、Y軸、Z軸分別稱為電氣軸、機械軸、光學軸。并且，石英基板采用了沿著使XZ面繞X軸旋轉角度Θ后的平面而從石英切出的“旋轉Y切石英基板”作為基板10。例如，在AT切石英基板的情況下，角度Θ大致為35° 15’。另外，Y軸和Z軸也繞X軸旋轉Θ，分別成為Y’軸和Ζ’軸。因此，AT切石英基板具有垂直的晶軸X、Y’、Ζ’。對于AT切石英基板，厚度方向是Y’軸，與Y’軸垂直的ΧΖ’面(包含X軸和V軸的面)是主面，激勵出厚度剪切振動作為主振動。
[0081]S卩，如圖2所示，基板10是“旋轉Y切石英基板”，該旋轉Y切石英基板將以正交坐標系的X軸為旋轉軸使所述Z軸以+Z側朝所述Y軸的一 Y方向旋轉的方式傾斜后的軸作為Ζ’軸、將以正交坐標系的X軸為旋轉軸使所述Y軸以+Y側朝所述Z軸的+Z方向旋轉的方式傾斜后的軸作為Y’軸，主面為包含所述X軸和所述Ζ’軸的面，厚度方向為沿著所述Y’軸的方向，其中，該正交坐標系由X軸(電氣軸)、Y軸(機械軸)和Z軸(光學軸)構成。
[0082]此外，本實施方式例的基板10不限定于角度θ大致為35° 15’的AT切，還可以廣泛應用于激勵出厚度剪切振動的BT切等的基板。
[0083]雖然采用沿著振動部12的外緣設置厚壁部的例子進行了說明，但不限于此，還可以廣泛應用于沿著振動部12的外緣全周設置厚壁部的基板或沒有設置厚壁部的平板狀基板。
[0084]這里，本實施方式例的振動元件I采用具有溫度特性良好的切斷角度的AT切石英基板作為基板10，從而具有能夠獲得Q值高、溫度特性良好的振動元件的效果。另外，因為能夠靈活應用與光刻技術以及蝕刻技術相關的實際經驗，所以能夠批量生產溫度特性良好、頻率再現性、頻率溫度特性、Cl溫度特性以及頻率老化特性等的特性偏差小的振動元件。
[0085]接著，說明安裝本實施方式例的振動元件I的壓控型振蕩器。
[0086]一般情況下，壓控型振蕩器由振動元件1、振蕩電路部、包含可變電容二極管的控制電壓端子構成，作為重要的規格，存在頻率可變范圍，該頻率可變范圍是可利用控制電壓來改變振動元件I的振蕩頻率的范圍。該頻率可變范圍是傳輸通信設備等所需的APR(絕對頻率可變范圍)和頻率允許偏差(頻率常溫偏差、頻率溫度特性、電源電壓引起的頻率變動、負載引起的頻率變動、回流(reflow)引起的頻率變動、時效變化引起的頻率變動)之和，因此，壓控型振蕩器由振蕩器自身補償振蕩器的外部環境和振蕩電路條件的變化引起的頻率變化量。因此，能夠取得較大的頻率可變范圍，這可緩和由于制造和設計引起的頻率允許偏差，因此，在提高振動元件I的制造成品率方面非常重要。
[0087]這里，利用下式(I)來表示壓控型振蕩器的頻率可變靈敏度S。
[0088]S = - Δ CL/(2 X Y XCOX (1+CL/C0)2)...(I)
[0089]這里，Δ CL是負荷電容變化，Y是電容比(C0/C1)，CO是等效并聯電容，CL是負荷電容。
[0090]根據式(I)，如果由振蕩電路構成的負載電容CL固定，則頻率可變靈敏度S由振動元件I的等效并聯電容CO和電容比Y確定，尤其是電容比Y造成的影響較大。因此，如果電容比Y較小，則能夠增大壓控型振蕩器的頻率可變靈敏度S，能夠提高振動元件I的制造成品率。
[0091]接著，說明振動元件Ia的振動移位。
[0092]圖3是示出設置有激勵電極的振動元件中的振動移位分布的說明圖，圖3的(a)是俯視圖，圖3的(b)是圖3的(a)的縱剖視圖。
[0093]在圖3中示出利用有限元法計算在基板10上設置有矩形狀的激勵電極23的振動元件Ia的基波的厚度剪切振動模式的振動移位分布的結果。根據該圖可知，振動位移在激勵電極23的四個角部非常小，此部分對實際的振動沒有貢獻。此處，振動元件Ia的等效并聯電容CO是正反激勵電極之間的靜電電容，因此，取決于相對面積，但等效串聯電容Cl是實際的振動區域中的電容成分，因此，只要激勵電極23的面積足夠大，則不取決于相對面積。因此，去除對實際的振動沒有貢獻的激勵電極23的一部分不會對等效串聯電容Cl產生影響而能夠僅減小等效并聯電容CO，因此能夠得到電容比Y較小的振動元件la。
[0094]接著,說明給主振動帶來影響的寄生振動。
[0095]一般情況下，給作為主振動的厚度剪切振動帶來影響的寄生振動被稱為厚度剪切振動的非諧波模式，是在圖3內的基板10的長邊方向上進行振動移位分布的2次模式的(1,2,1)模式或3次模式的(1，3，1)模式。
[0096]2次模式的(1，2，I)模式沿著基板10的長邊方向以激勵電極23的中心部為邊界具有兩個振動移位分布。因為在兩個振動移位分布中產生的電荷的極性相反，所以相互抵消，通常不作為寄生振動進行振動。但是，在振動部分的厚度的平面平行度具有偏差的情況下，在兩個振動移位分布中產生的極性不同的電荷的量不同，不會抵消，因此，作為寄生振動進行振動。另外，其頻率高于主振動的頻率，與主振動的頻率最接近。
[0097]3次模式的(1，3，I)模式在基板10的長邊方向上具有3個振動移位分布。在激勵電極23的中央部的I個振動移位分布與激勵電極23的端部側的兩個振動移位分布中產生的電荷的極性相反，極性不同的電荷的量不同，所以，始終作為寄生振動進行振動。另外，其頻率高于主振動的頻率，在(I,2，I)模式不振動的情況下，與主振動的頻率最接近。
[0098]關于上述厚度剪切振動的非諧波模式的寄生振動，在成為切除激勵電極的周邊部后的電極形狀時，寄生振動的振動移位分布上的激勵電極的面積變小，等同于激勵電極的膜厚變薄，所以其頻率變高。另外，在主振動中，即使成為切除激勵電極的周邊部后的形狀，所切除的部分實際上對振動沒有貢獻，所以，頻率幾乎不變化。因此，通過成為切除激勵電極的周邊部后的電極形狀，可增大主振動與寄生振動之間的頻率差，能夠得到減少了由于與寄生振動的耦合而弓I起的頻率躍變現象的振動元件I。
[0099]圖4是示出在圖1的實施方式例中試制的具有114MHz頻帶的共振頻率的AT切石英振動元件的試制條件和測定結果。另外，圖5是在曲線圖上描繪與圖4所示的AT切石英振動元件的激勵電極的面積比(S2/S1)相對的Cl值以及主振動與寄生振動之間的頻率差Λ f值的圖。
[0100]所試制的具有114MHz頻帶的共振頻率的AT切石英振動元件(振動元件I)的試制條件是:使由沿著圖1所示的X軸方向的長度hx和沿著Z’軸方向的長度hz構成的假想四邊形25f的面積SI從0.564mm2變化到0.705mm2,使邊與假想四邊形25f內接的第I激勵電極25a的面積S2固定為0.470mm2。另外,測定結果是各試制條件下的AT切石英振動元件(振動元件I)的等效串聯電容Cl、以及主振動與最接近于主振動頻率的寄生振動之間的頻率差Λ f。此外，利用主振動的頻率進行基準化而示出頻率差Λ f，因為第I激勵電極25a的面積S2固定為0.470mm2，所以，等效并聯電容CO是2.76pF。
[0101]圖5示出等效串聯電容Cl隨著面積比(S2/S1)變大而變小的趨勢，并示出頻率差Af變大的趨勢。這里，在設壓控型振蕩器中對振動元件I要求的電容比Y的規格為300以下(因為等效并聯電容CO是2.76pF，所以等效串聯電容Cl是9.2fF以上)、設與寄生振動之間的頻率差Λ f的規格為1300ppm以上時，根據圖5的曲線圖可知，滿足此規格的面積比(S2/S1)是69.2%彡(S2/S1)彡80.1%的范圍。因此，通過使第I激勵電極25a成為切除周邊部后的形狀并使面積比(S2/S1)滿足69.2% < (S2/S1) ^ 80.1 %的關系，可獲得電容比Y是300以下、且與寄生振動之間的頻率差Λ f為1300ppm以上的AT切石英振動元件(振動元件I)。
[0102]另外，考慮到制造偏差等，當使電容比Y的規格成為297以下(Cl是9.3fF以上)、使頻率差Λ f的規格成為1350ppm以上時，優選面積比(S2/S1)是71.5 % < (S2/SI) ( 77.8%的范圍。而且，當使電容比Y的規格成為294以下(Cl是9.4fF以上)、使頻率差Af的規格成為HOOppm以上時，進一步優選面積比(S2/S1)是73.8%< (S2/SI) ( 75.4%的范圍。
[0103]接著，返回至圖1，在圖1的(a)所示的實施方式例中，將凹陷面側(圖1的(b)的正面側)的第I激勵電極25a的面積大小設定為處于平坦面側(圖1的(b)的反面側)的激勵電極25b的外形形狀的外緣內的大小。即，將第I激勵電極25a形成為小于第2激勵電極25b的形狀。
[0104]厚度剪切振動僅在第I激勵電極25a與第2激勵電極25b在俯視時重疊的區域進行振動，所以當第I激勵電極25a處于第2激勵電極25b的外緣內時，可利用第I激勵電極25a的面積和厚度來決定高效地封閉主振動的振動能量的情況。因此，相比于第I激勵電極25a與第2激勵電極25b的面積相同的情況，能夠使電極的厚度變厚，所以可降低電極膜的歐姆損耗,減少主振動的Cl值劣化。
[0105]另外，在用金屬掩模法形成第I激勵電極25a和第2激勵電極25b的情況下，即使在電極形成時存在一些位置偏離，第I激勵電極和第2激勵電極的夾著振動部12的相對面積也不易發生變化，因此不易產生等效串聯電容Cl、等效并聯電容CO的偏差，能夠得到電容比Y的偏差較小的振動元件I。
[0106]而且，當設沿著第I激勵電極25a的厚度剪切振動方向的長度為hx、設沿著與上述厚度剪切振動方向正交的方向的長度為hz時，在AT切石英基板的情況下，通過使激勵電極的尺寸比hx/hz成為1.28，來將主振動的振動能量高效地封閉在激勵電極的區域內。因此，考慮到制造偏差而使激勵電極的尺寸比hx/hz成為1.25 ( hx/hz ( 1.31的關系，從而能夠高效地封閉主振動的振動能量，所以能夠進一步增大等效串聯電容Cl，能夠獲得電容比Y更小的振動元件I。
[0107]以上，根據圖1所示的一實施方式進行了說明，但本發明不限于此。已經確認到在圖6所示的各變形例中也能夠擴大主振動頻率與寄生振動頻率的間隔，并且增大Cl值(減小電容比Y)。
[0108]接著，說明本發明一實施方式的振動元件I的變形例。
[0109]圖6是示出本發明的變形例的振動元件的構造的概括圖，圖6的(a)是示出第一變形例的俯視圖，圖6的(b)是示出第二變形例的俯視圖，圖6的(c)是示出第三變形例的俯視圖。
[0110]在圖6的(a)所示的第一變形例中，第I激勵電極25c形成為在假想四邊形25f的三個角具有缺口部26a的形狀，剩余的一角與引線電極27a連接，所以，沒有形成缺口部26a。
[0111]在圖6的(b)所示的第二變形例中，第I激勵電極25d形成為在假想四邊形25f的四個角具有曲線狀例如圓弧狀的缺口部26b的形狀。另外，引線電極27a形成為從缺口部26b以外的第I激勵電極25d的外緣延伸。因此，能夠可靠地減小集中于第I激勵電極25d的周邊部的寄生振動的振動區域中的第I激勵電極25d的面積，能夠提高寄生振動的頻率，減少與主振動的耦合。
[0112]在圖6的(C)所示的第三變形例中，第I激勵電極25e形成為圓周與假想四邊形25f內接的橢圓形狀。通過使第I激勵電極25e成為橢圓形狀，可高效地封閉主振動的振動能量，從而具有可進一步減小電容比Y的效果。
[0113]在這些變形例中，只要面積比(S2/S1)滿足69.2 ( (S2/S1) ( 80.1 %的關系，就能夠擴大主振動頻率與寄生振動頻率的間隔，而且，能夠增大Cl值(減小電容比Y)，所以可減少由于與寄生振動的耦合而產生的頻率躍變現象，獲得電容比Y小的振動元件I。
[0114]〈振子〉
[0115]接著，說明應用了上述振動元件I的振子2(本發明的振子)。
[0116]圖7是示出本發明一實施方式的振子的結構的圖，圖7的(a)是省略了蓋部件的俯視圖，圖7的(b)是圖7的(a)的縱剖視圖。振子2由以下部分構成:振動元件I ;為了收納振動元件I而形成為矩形箱狀的封裝主體40 ;以及由金屬、陶瓷、玻璃等構成的蓋部件49。
[0117]如圖7所示，封裝主體40是層疊第I基板41、第2基板42、第3基板43、密封圈44和安裝端子45而形成的。在第I基板41的外部底面形成有多個安裝端子45。第3基板43是去除了中央部后的環狀體，在第3基板43的上部周緣處形成有例如鐵鎳鈷合金等的密封圈44。
[0118]由第3基板43和第2基板42形成收納振動元件I的凹部(腔室)。在第2基板42的上表面的規定位置處，設置有通過導體46與安裝端子45電導通的多個元件安裝焊盤47。元件安裝焊盤47以在載置振動元件I時與形成于第2厚壁主體15a上的焊盤電極29a對應的方式進行配置。
[0119]在固定振動元件I時，首先反轉(翻轉)振動元件I而將焊盤電極29a載置到涂覆有導電性粘接劑30的元件安裝焊盤47而施加負荷。關于導電性粘接劑30，考慮到時效變化而采用了脫氣少的聚酰亞胺類粘接劑。
[0120]接著，為了使安裝于封裝主體40的振動元件I的熱硬化性的導電性粘接劑30硬化，將其放入到規定溫度的高溫爐中規定時間。在使導電性粘接劑30硬化后，用接合線BW對反轉成為上表面側的焊盤電極29b和封裝主體40的電極端子48進行導通連接。如圖7的(b)所示，將振動元件I支承/固定到封裝主體40上的部分為一處(一點)，因此能夠減小因支承固定產生的應力的大小。
[0121]在實施了退火處理后，對第2激勵電極25b附加質量、或減小質量來進行頻率調整。之后，在形成于封裝主體40的上表面的密封圈44上，載置蓋部件49，在減壓氣氛中或氮氣氣氛中對蓋部件49進行縫焊密封，從而完成振子2。或者，還有如下方法:在涂覆在封裝主體40的第3基板43的上表面上的低熔點玻璃上，載置蓋部件49，進行熔化而實現緊密貼合。在該情況下，封裝的腔室內也成為減壓氣氛、或用氮氣等惰性氣體進行填充，完成振子2。
[0122]也可以構成在Z’軸方向上隔著焊盤電極29a、29b的間隔而形成的振動元件I。在該情況下，也能夠與圖9中說明的振子2同樣地構成振子。此外，還可以構成在同一平面上隔開間隔地形成了焊盤電極29a、29b的振動元件I。在該情況下，振動元件I是在兩處(兩點)涂覆導電性粘接劑30而實現了導通和支承/固定的結構。該結構是適于低高度化的結構，但是因導電性粘接劑30引起的安裝應力可能會稍微變大。
[0123]在以上的振子2的實施方式例中，說明了封裝主體40采用了層疊板的例子，但也可以是:封裝主體40采用單層陶瓷板，蓋體采用實施深沖加工而成的帽而構成振子。
[0124]如圖7所示，支承振動元件I的部位僅為一點，且在厚壁部13與振動部12之間設置了縫17，由此能夠減小因導電性粘接劑30產生的應力，因此具備如下效果:能夠得到頻率再現性、頻率溫度特性、Cl溫度特性和頻率老化特性優異的振子2。
[0125]〈電子器件〉
[0126]接著，說明已應用上述振動元件I的振蕩器(本發明的電子器件)。
[0127]圖8是示出本發明的一個實施方式的電子器件的結構的圖，圖8的(a)是省略蓋部件后的俯視圖，圖8的(b)是圖8的(a)縱剖面圖。電子器件3具有:封裝主體50 ;蓋部件49 ;振動元件I ;IC部件51，其安裝有對振動元件I進行激勵的振蕩電路；電容根據電壓而變化的可變電容元件、電阻根據溫度而變化的熱敏電阻、以及電感器等電子部件52中的至少一個。
[0128]如圖8所示，封裝主體50是層疊第I基板61、第2基板62和第3基板63而形成的。在第I基板61的外部底面形成有多個安裝端子45。第2基板62和第3基板63由去除中央部后的環狀體形成。
[0129]由第I基板61、第2基板62和第3基板63形成了收納振動元件1、IC部件51和電子部件52等的凹部(腔室)。在第2基板62的上表面的規定位置處，設置有通過導體46與安裝端子45電導通的多個元件安裝焊盤47。元件安裝焊盤47以在載置振動元件I時與形成于第2厚壁主體15a上的焊盤電極29a對應的方式進行配置。
[0130]將反轉后的振動元件I的焊盤電極29a載置到涂覆有導電性粘接劑(聚酰亞胺類)30的封裝主體50的元件安裝焊盤47上，實現焊盤電極29a和元件安裝焊盤47的導通。利用接合線BW將反轉成為上表面側的焊盤電極29b與封裝主體50的電極端子48連接，通過形成于封裝主體50的基板之間的導體，實現與IC部件51的一個電極端子55的導通。將IC部件51固定到封裝主體50的規定位置處，利用接合線BW將IC部件51的端子與封裝主體50的電極端子55連接。并且，將電子部件52載置到封裝主體50的規定位置處，并使用金屬凸塊等連接到導體46。使封裝主體50成為減壓氣氛或者用氮等惰性氣體充滿，用蓋部件49對封裝主體50進行密封而完成電子器件3。
[0131]在利用接合線BW將焊盤電極29b和封裝主體50的電極端子48連接的方法中，支承振動元件I的部位為一處(一點)，減小了因導電性粘接劑30產生的安裝應力。此外，在收納到封裝主體50時，反轉振動元件1，使更大的激勵電極25b處于上表面，因此電子器件3的頻率調整比較容易。
[0132]如圖8所示，通過構成電子器件3，使用了以基波進行激勵的高頻的振動元件1，因此，電容比小、頻率可變幅度變大。并且，具有能夠得到S/N比良好的壓控型振蕩器的效果。
[0133]另外，作為電子器件3，可以構成振蕩器、溫度補償型振蕩器等，具有能夠構成頻率再現性、老化特性、頻率溫度特性優異的振蕩器的效果。
[0134]〈電子設備〉
[0135]然后，根據圖9?圖11來詳細說明應用了本發明一實施方式的振動元件I的電子設備(本發明的電子設備)。
[0136]圖9是示出作為具有本發明一個實施方式的振動元件的電子設備的移動型(或筆記本型)個人計算機的結構的立體圖。在該圖中，個人計算機1100由具有鍵盤1102的主體部1104以及具有顯示部100的顯示單元1106構成,顯示單元1106以能夠經由鉸鏈構造部進行轉動的方式支承在主體部1104上。在這種個人計算機1100中內置有作為濾波器、諧振器、基準時鐘等發揮作用的振動元件I。
[0137]圖10是示出作為具有本發明一個實施方式的振動元件的電子設備的便攜電話機(也包括PHS)的結構的立體圖。在該圖中，便攜電話機1200具有多個操作按鈕1202、受話口 1204以及送話口 1206，在操作按鈕1202與受話口 1204之間配置有顯示部100。在這種便攜電話機1200中內置有作為濾波器、諧振器等發揮作用的振動元件I。
[0138]圖11是示出作為具有本發明一個實施方式的振動元件的電子設備的數字照相機的結構的立體圖。在該圖中，還簡單地示出了與外部設備之間的連接。這里，通常的照相機是通過被攝體的光像對銀鹽膠片進行感光，與此相對，數字靜態照相機1300通過(XD (Charge Coupled Device)等攝像元件對被攝體的光像進行光電轉換而生成攝像信號(圖像信號)。
[0139]在數字照相機1300中的外殼(機身)1302的背面設置有顯示部100，構成為根據CCD的攝像信號進行顯示，顯示部100作為將被攝體顯示為電子圖像的取景器發揮作用。并且，在外殼1302的正面側(圖中反面側)設置有包含光學鏡頭(攝像光學系統)和C⑶等的受光單元1304。
[0140]攝影者確認顯示部100中顯示的被攝體像，當按下快門按鈕1306時，該時刻的CXD的攝像信號被傳輸到存儲器1308內進行存儲。并且，在該數字照相機1300中，在外殼1302的側面設置有視頻信號輸出端子1312和數據通信用的輸入輸出端子1314。而且，如圖所示，根據需要，視頻信號輸出端子1312連接電視監視器1330，數據通信用的輸入輸出端子1314連接個人計算機1340。而且，構成為通過規定的操作，將存儲在存儲器1308中的攝像信號輸出到電視監視器1330或個人計算機1340。在這種數字照相機1300中內置有作為濾波器、諧振器等發揮作用的振動元件I。
[0141]另外，除了圖9的個人計算機1100 (移動型個人計算機)、圖10的便攜電話機1200、圖11的數字照相機1300以外，本發明一個實施方式的振動元件I例如還可以應用于噴墨式排出裝置(例如噴墨打印機)、膝上型個人計算機、電視機、攝像機、錄像機、車載導航裝置、尋呼機、電子記事本(也包含通信功能)、電子辭典、計算器、電子游戲設備、文字處理器、工作站、視頻電話、防盜用電視監視器、電子雙筒望遠鏡、POS終端、醫療設備(例如電子體溫計、血壓計、血糖計、心電圖計測裝置、超聲波診斷裝置、電子內窺鏡)、魚群探測器、各種測定設備、計量儀器類(例如車輛、飛機、船舶的計量儀器類)、飛行模擬器等。
[0142]〈移動體〉
[0143]接著，根據圖12來說明應用了具有本發明一實施方式的振動元件I的振子2的移動體(本發明的移動體)。
[0144]圖12是概括地示出作為具備振子2的移動體的汽車1400的立體圖。在汽車1400上安裝有包含本發明一實施方式的振子2而構成的陀螺儀傳感器。例如，如該圖所示，在作為移動體的汽車1400上安裝了內置有控制輪胎1401的該陀螺儀傳感器的電子控制單元1402。另外，作為其它例，振子2可以廣泛應用于無鑰匙門禁、防盜器、汽車導航系統、汽車空調、防抱死制動系統(ABS)、安全氣囊、輪胎壓力監測系統(TPMS:Tire PressureMonitoring System)、發動機控制器、混合動力汽車及電動汽車的電池監視器、以及車體姿勢控制系統等的電子控制單元(EQJ:electronic control unit)。
[0145]如上所述，移動體具備振子2，該振子2具有抑制了寄生振動的影響的、振動特性良好的振動元件1，由此，能夠提供更高性能的移動體。
[0146]以上，根據圖示的實施方式說明了本發明的振動元件1、振子2、電子器件3、電子設備以及移動體，但本發明不限于此，各個部分的結構可置換為具有相同功能的任意結構。此外，可以在本發明中附加其他任意的結構物。此外，還可以適當組合上述各實施方式。
【權利要求】
1.一種振動元件，其特征在于，該振動元件包含: 基板，其以厚度剪切振動的方式進行振動，包含彼此處于正反關系的第I主面和第2主面； 第I激勵電極，其設置在所述第I主面上；以及 第2激勵電極，其設置在所述第2主面上，在俯視時與所述第I激勵電極重疊， 所述基板中的被所述第I激勵電極和所述第2激勵電極夾住的區域包含俯視時與假想的四邊形相接的邊或圓周，該假想的四邊形的四個角的大小全部相等， 并且，所述區域包含俯視時與所述四邊形的至少3個角部不重疊的外緣部， 在設所述四邊形的面積為S1、所述第I激勵電極的面積為S2時，滿足69.2%^ (S2/SI)彡 80.1%。
2.根據權利要求1所述的振動元件，其特征在于， 所述區域包含俯視時與所述四邊形的4個角部不重疊的外緣部。
3.根據權利要求1或2所述的振動元件，其特征在于， 所述第I激勵電極在俯視時處于所述第2激勵電極的外緣內。
4.根據權利要求1或2所述的振動元件，其特征在于， 該振動元件包含引線電極，該引線電極從所述第I激勵電極的外緣中的、與所述四邊形的角部不重疊的區域以外的外緣延伸。
5.根據權利要求1或2所述的振動元件，其特征在于， 所述基板是石英基板。
6.根據權利要求5所述的振動元件，其特征在于， 所述石英基板是AT切石英基板。
7.根據權利要求6所述的振動元件，其特征在于， 在設所述第I激勵電極的沿著厚度剪切振動方向的長度為hx、沿著與所述厚度剪切振動方向正交的方向的長度為hz時，滿足1.25 ( hx/hz ( 1.31。
8.—種振子，其特征在于，該振子具備: 權利要求1或2所述的振動元件；以及 收容有所述振動元件的封裝。
9.一種電子器件，其特征在于，該電子器件具備: 權利要求1或2所述的振動元件；以及 驅動所述振動元件的振蕩電路。
10.一種電子設備，其特征在于，該電子設備具備權利要求1或2所述的振動元件。
11.一種移動體，其特征在于，該移動體具備權利要求1或2所述的振動元件。
【文檔編號】H03H9/02GK104518749SQ201410514098
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2013年10月1日
【發明者】山本雄介 申請人:精工愛普生株式會社