JP5685962B2 - 振動片、振動子、発振器及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、振動片、この振動片を備えた、振動子、発振器及び電子機器に関する。

従来、振動片としては、第１方向へ向けて配置された第１面を有し、第１方向と交差する第２方向に沿って配列された３個の腕部（以下、振動腕という）と、この振動腕の各々の第１面上に１個ずつ設けられた圧電体素子（励振電極）と、振動腕の一端を連結する基部と、を備えた音叉型振動子（以下、振動片という）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−５０２２号公報

近年、振動片は、小型化の進展によりＱ値（振動の状態を現す無次元数であって、この値が大きいほど振動が安定であることを意味する）の低下の抑制が課題となっている。
上記特許文献１の振動片は、振動腕が上記第１面と直交する方向に屈曲振動する振動形態（面外振動モード）の構成となっており、中央の振動腕と両側の振動腕との振動方向を互いに逆方向（逆相）にして、両者の振動のバランスを取ることにより、Ｑ値の低下の抑制（換言すれば、Ｑ値の向上）を図るというものである。

しかしながら、上記振動片は、実施の形態において３個（以下、３本という）の振動腕の腕幅が同一に形成され、３本の振動腕の振動時の振幅が同一となっている場合、運動量保存の法則などによれば、中央の振動腕と両側の振動腕との振動のバランスが十分に取れない虞がある。
これにより、上記振動片は、振動腕の振動エネルギーが基部に伝わり易くなり、振動エネルギーが基部を介して外部部材へ漏れることによって、Ｑ値が低下する虞がある。

本発明は、上記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。

本適用例にかかる振動片は、基部と、前記基部から第１方向に延びる少なくとも３本の振動腕と、を備え、前記３本の振動腕は、前記第１方向と直交する第２方向に配列されると共に、前記第１方向と前記第２方向とで特定される平面に沿った主面に励振電極を有し、
前記３本の振動腕の内、２本の振動腕の間にある振動腕を第１振動腕とし、前記２本の振動腕の各々を第２振動腕としたとき、前記第１振動腕と前記第２振動腕とは互いに逆方向に振動し、前記第１振動腕の前記第２方向の腕幅をＷ１、前記第２振動腕の前記第２方向の腕幅をＷとし、前記第１振動腕における前記励振電極の前記第２方向の電極幅をＡ１、前記第２振動腕における前記励振電極の前記第２方向の電極幅をＡとしたとき、１．３５＜Ｗ１／Ｗ＜１．９０、且つ、１．３５＜Ａ１／Ａ＜１．９０であることを特徴とする。

これによれば、振動片は、第１振動腕の第２方向の腕幅をＷ１、第２振動腕の第２方向の腕幅をＷとし、第１振動腕における励振電極の第２方向の電極幅をＡ１、第２振動腕における励振電極の第２方向の電極幅をＡとしたとき、１．３５＜Ｗ１／Ｗ＜１．９０、且つ、１．３５＜Ａ１／Ａ＜１．９０であることから、第３方向における第１振動腕の振動と第２振動腕の振動との力学的なバランスを十分に取ることができる。
このことから、振動片は、各振動腕の振動エネルギーが基部に伝わり難くなり、基部を介して外部部材へ漏れる振動エネルギーが減少することによって、Ｑ値の低下を抑制し、Ｑ値を所定のレベルに維持することができる（換言すれば、従来構成に対して、Ｑ値を向上させることができる）。
なお、上記範囲は、発明者らがシミュレーションや実験による解析の結果などから得た知見に基づいて設定したものである。

［適用例２］上記適用例にかかる振動片において、前記励振電極は、前記主面側に設けられた第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に延在する圧電体と、を備えたことが好ましい。

これによれば、振動片は、励振電極が第１電極と、第１電極に対向して設けられた第２電極と、両電極間に延在する圧電体と、を備えたことから、励振電極自体の伸縮によって振動腕を振動させることができる。
従って、振動片は、基材（構成の基本となる材料）に必ずしも圧電材料を用いる必要がないことから、基材の選択肢が広がり、例えば、シリコンなどの半導体材料を基材として用いることができる。

［適用例３］上記適用例２にかかる振動片において、前記第３方向から見たときに、前記第１振動腕の前記第１電極、前記第２電極、及び前記圧電体が重複する幅をＡ１’、前記第２振動腕の各々の前記第１電極、前記第２電極、及び前記圧電体が重複する幅をＡ’としたとき、１．３５＜Ａ１’／Ａ’＜１．９０であることが好ましい。

これによれば、振動片は、第１振動腕の励振電極の上記幅をＡ１’、第２振動腕の励振電極の上記幅をＡ’としたとき、１．３５＜Ａ１’／Ａ’＜１．９０であることから、励振電極の圧電体の伸縮による各振動腕の振動のバランスが十分に取られ、Ｑ値の低下をより抑制することができる。

［適用例４］上記適用例にかかる振動片において、前記第３方向における前記基部の厚さは、前記第３方向における前記各振動腕の厚さよりも厚いことが好ましい。

これによれば、振動片は、第３方向における基部の厚さが、第３方向における各振動腕の厚さよりも厚いことから、基部の質量の増加によって、基部の質量と振動腕の質量との差が大きくなり、振動腕の振動エネルギーが基部へ伝わり難くなる。
この結果、振動片は、基部を介して外部部材へ漏れる振動エネルギーが、より減少することから、Ｑ値の低下をより抑制し、Ｑ値を所定のレベルに維持することができる。

［適用例５］上記適用例にかかる振動片において、前記基部の前記第２方向の両端部に固定部が設けられていることが好ましい。

これによれば、振動片は、基部の第２方向の両端部に固定部が設けられていることから、振動腕から基部の固定部までの経路を長くすることが可能となる。
この結果、振動片は、基部の固定部を外部部材へ固定した際の、固定部を介して外部部材へ漏れる振動エネルギーが、更に減少することから、Ｑ値の低下を更に抑制し、Ｑ値を所定のレベルに維持することができる。

［適用例６］上記適用例にかかる振動片において、前記Ｗ１と前記Ｗとの比が、Ｗ１／Ｗ＝１．６０であることが好ましい。

これによれば、振動片は、Ｗ１／Ｗ＝１．６０であることから、第３方向における第１振動腕の振動と第２振動腕の振動との力学的なバランスを、最適な状態で取ることができる。
このことから、振動片は、振動腕の振動エネルギーが基部に最も伝わり難くなり、基部を介して外部部材へ漏れる振動エネルギーが最も減少することによって、Ｑ値の低下を最も抑制し、Ｑ値を所定のレベルに維持することができる。
なお、上記値は、発明者らがシミュレーションや実験による解析の結果などから得た知見に基づいて設定したものである。

［適用例７］本適用例にかかる振動子は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、前記振動片を収容したパッケージと、を備えたことを特徴とする。

これによれば、振動子は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、振動片を収容したパッケージと、を備えたことから、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する振動子を提供することができる。

［適用例８］本適用例にかかる発振器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、前記振動片を発振させる発振回路と、を備えたことを特徴とする。

これによれば、発振器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片と、振動片を発振させる発振回路と、を備えたことから、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する発振器を提供することができる。

［適用例９］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えたことを特徴とする。

これによれば、電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えたことから、上記適用例のいずれかに記載の効果を奏する電子機器を提供することができる。

第１実施形態の水晶振動片の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図。 図１（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図及び各励振電極の配線図。 水晶振動片のＱ値と、各振動腕間の腕幅比及び各励振電極間の電極幅比との関係を示したグラフであり、（ａ）は、Ｑ値に関わる周波数変化量Δｆと、中央の振動腕の腕幅Ｗ１／両端の振動腕の腕幅Ｗとの関係を示すグラフ、（ｂ）は、周波数変化量Δｆと、中央の振動腕の励振電極の電極幅Ａ１／両端の振動腕の励振電極の電極幅Ａとの関係を示すグラフ。 第２実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図であり、（ａ）はリッド（蓋体）側から俯瞰した平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図。 第３実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図であり、（ａ）はリッド側から俯瞰した平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図。 第４実施形態の携帯電話を示す模式斜視図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
ここでは、振動片の一例として、基材に水晶を用いた水晶振動片について説明する。
図１は、第１実施形態の水晶振動片の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は、平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。なお、各配線は省略してあり、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
図２は、図１（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図及び各励振電極の配線図である。

図１に示すように、水晶振動片１は、基部１０と、基部１０から第１方向としての水晶結晶軸のＹ軸方向に延びる少なくとも３本の振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、を備えている。
振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、略角柱状に形成され、平面視において、Ｙ軸方向と直交する第２方向としての水晶結晶軸のＸ軸方向に配列されると共に、Ｙ軸方向とＸ軸方向とで特定される主面１０ａ，１０ｂの少なくとも一方に（ここでは主面１０ａに）、励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有している。
振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって、主面１０ａと直交する第３方向としての水晶結晶軸のＺ軸方向（図１（ｂ）の矢印方向）に屈曲振動（面外振動：主面１０ａに沿わない方向の振動）する。

水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの内、配列の中央に位置する第１振動腕としての振動腕１１ｂのＸ軸方向の腕幅をＷ１、配列の両端に位置する第２振動腕としての振動腕１１ａ，１１ｃのＸ軸方向の腕幅をＷとし、振動腕１１ｂにおける励振電極１２ｂのＸ軸方向の電極幅をＡ１、振動腕１１ａ，１１ｃにおける励振電極１２ａ，１２ｃのＸ軸方向の電極幅をＡとしたとき、１．３５＜Ｗ１／Ｗ＜１．９０、且つ、１．３５＜Ａ１／Ａ＜１．９０となるように構成されている。
なお、水晶振動片１は、Ｗ１／Ｗ＝１．６０となるように構成されていることが、より好ましい。

励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、主面１０ａ側に設けられた第１電極１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１と、第１電極１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１に対向するように設けられた第２電極１２ａ２，１２ｂ２，１２ｃ２と、第１電極１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１と第２電極１２ａ２，１２ｂ２，１２ｃ２との間に延在する圧電体１３と、を備えた積層構造となっている。

ここで、図２に示すように、水晶振動片１は、Ｚ軸方向から見たときに、振動腕１１ｂの励振電極１２ｂの第１電極１２ｂ１、圧電体１３、第２電極１２ｂ２が重複するＸ軸方向の幅をＡ１’、振動腕１１ａ，１１ｃの励振電極１２ａ，１２ｃの第１電極１２ａ１，１２ｃ１、圧電体１３、第２電極１２ａ２，１２ｃ２が重複するＸ軸方向の幅をＡ’としたとき、１．３５＜Ａ１’／Ａ’＜１．９０となるように構成されている。
なお、図１、図２に示すように本実施形態では、Ａ１＝Ａ１’、Ａ＝Ａ’となっている。

励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃの第１電極１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１、第２電極１２ａ２，１２ｂ２，１２ｃ２には、例えば、Ｃｒ、Ａｕなどの比較的に導電性の高い金属の膜が用いられ、圧電体１３には、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴなどの比較的に圧電性の高い圧電材料の膜が用いられている。
なお、励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの根元部（基部１０との境界を含む周辺部分）から先端部に延び、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの全長（Ｙ軸方向の根元から先端までの長さ）の半分程度の長さで設けられているのが好ましい。

なお、図１（ｂ）に示すように、基部１０のＺ軸方向の厚さは、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃのＺ軸方向の厚さよりも厚く形成されている。
また、図１（ａ）に２点鎖線で示すように、基部１０のＸ軸方向の両端部の主面１０ｂ側には、パッケージなどの外部部材への固定領域である固定部１０ｃ，１０ｄが設けられている。なお、固定部１０ｃ，１０ｄは、Ｙ軸方向において基部１０の振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃ側とは反対側の端部に設けられていることが好ましい。

ここで、水晶振動片１の動作について説明する。
図２に示すように、水晶振動片１の励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、第１電極１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１と第２電極１２ａ２，１２ｂ２，１２ｃ２とが交差配線によって交流電源に接続され、駆動電圧としての交番電圧が印加されるようになっている。

具体的には、振動腕１１ａの第１電極１２ａ１と、振動腕１１ｂの第２電極１２ｂ２と、振動腕１１ｃの第１電極１２ｃ１とが同電位になるように接続され、振動腕１１ａの第２電極１２ａ２と、振動腕１１ｂの第１電極１２ｂ１と、振動腕１１ｃの第２電極１２ｃ２とが同電位になるように接続されている。

この状態で、第１電極１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１と第２電極１２ａ２，１２ｂ２，１２ｃ２との間に交番電圧を印加すると、第１電極１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１と第２電極１２ａ２，１２ｂ２，１２ｃ２との間に電界が発生し、逆圧電効果により、圧電体１３に歪みが生じ、圧電体１３がＹ軸方向に伸縮する。
水晶振動片１は、上記交差配線によって励振電極１２ａ，１２ｃと励振電極１２ｂとに発生する電界の方向を逆にして、圧電体１３の伸縮が振動腕１１ａ，１１ｃと振動腕１１ｂとの間で逆になるように構成されている。
具体的には、振動腕１１ａ，１１ｃの圧電体１３が伸張したとき、振動腕１１ｂの圧電体１３が収縮し、振動腕１１ａ，１１ｃの圧電体１３が収縮したとき、振動腕１１ｂの圧電体１３が伸張する。

このような圧電体１３の伸縮によって、水晶振動片１は、交番電圧が一方の電位のときに振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃが実線矢印の方向に屈曲し、交番電圧が他方の電位のときに振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃが破線矢印の方向に屈曲する。
これを繰り返すことで、水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃがＺ軸方向に屈曲振動（面外振動）することになる。この際、隣り合う振動腕（ここでは、１１ａと１１ｂ、１１ｂと１１ｃ）は、互いに逆方向に（逆相で）屈曲振動する。

上述したように、本実施形態の水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃがＺ軸方向（厚さ方向）に屈曲振動する振動形態（面外振動モード）であって、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの内、配列の中央に位置する振動腕１１ｂのＸ軸方向の腕幅をＷ１、両端に位置する振動腕１１ａ，１１ｃのＸ軸方向の腕幅をＷとし、振動腕１１ｂにおける励振電極１２ｂのＸ軸方向の電極幅をＡ１、振動腕１１ａ，１１ｃにおける励振電極１２ａ，１２ｃのＸ軸方向の電極幅をＡとしたとき、１．３５＜Ｗ１／Ｗ＜１．９０、且つ、１．３５＜Ａ１／Ａ＜１．９０となるように構成されている。
また、水晶振動片１は、振動腕１１ｂの第１電極１２ｂ１、圧電体１３、第２電極１２ｂ２が重複するＸ軸方向の幅をＡ１’、振動腕１１ａ，１１ｃの第１電極１２ａ１，１２ｃ１、圧電体１３、第２電極１２ａ２，１２ｃ２が重複するＸ軸方向の幅をＡ’としたとき、１．３５＜Ａ１’／Ａ’＜１．９０となるように構成されている。

これらにより、上記範囲内において、水晶振動片１は、励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃの圧電体１３の伸縮による振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃ間のＺ軸方向の振動の力学的なバランスが、十分に取られている。
このことから、水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの振動エネルギーが基部１０に伝わり難くなり、基部１０を介して外部部材へ漏れる振動エネルギーが減少することによって、Ｑ値の低下を抑制し、Ｑ値を所定のレベルに維持することができる（換言すれば、従来構成に対して、Ｑ値を向上させることができる）。
なお、上記範囲は、発明者らがシミュレーションや実験による解析の結果などから得た知見に基づいて設定したものである。

上記に関してグラフを用いて説明する。
図３は、本実施形態の水晶振動片のＱ値と各振動腕間の腕幅比及び各励振電極間の電極幅比との関係を示したグラフである。
図３（ａ）は、水晶振動片のＱ値に関わる周波数変化量Δｆと、中央の振動腕の腕幅Ｗ１／両端の振動腕の腕幅Ｗとの関係を示すグラフであり、図３（ｂ）は、水晶振動片のＱ値に関わる周波数変化量Δｆと、中央の振動腕の励振電極の電極幅Ａ１（Ａ１’）／両端の振動腕の励振電極の電極幅Ａ（Ａ’）との関係を示すグラフである。

なお、図３（ａ）においては、横軸がＷ１／Ｗを表し、縦軸が、基部の固定の有無（ｆｉｘ、ｆｒｅｅ）による水晶振動片の周波数変化量Δｆをｐｐｍで表している。
また、図３（ｂ）においては、横軸がＡ１／Ａ（Ａ１’／Ａ’）を表し、縦軸が、基部の固定の有無（ｆｉｘ、ｆｒｅｅ）による水晶振動片の周波数変化量Δｆをｐｐｍで表している。
なお、周波数変化量Δｆは、少ないほどＱ値の低下が少なく、−１ｐｐｍ程度までであれば、実用上十分なＱ値が得られることが過去の実績から裏付けられている。

図３（ａ）に示すように、Ｗ１／Ｗについては、１．３５を越えて１．９０未満の範囲において、周波数変化量Δｆが−１ｐｐｍ以内となっている。そして、Ｗ１／Ｗ＝１．６０で周波数変化量Δｆが最少となっている。つまり、Ｑ値の低下量が最少となっている。
また、図３（ｂ）に示すように、Ａ１／Ａ（Ａ１’／Ａ’）についても同様に、１．３５を越えて１．９０未満の範囲において、周波数変化量Δｆが−１ｐｐｍ以内となっている。

これらの結果により、本実施形態の水晶振動片１は、１．３５＜Ｗ１／Ｗ＜１．９０、且つ、１．３５＜Ａ１／Ａ（Ａ１’／Ａ’）＜１．９０となるように構成されていることによって、励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃの圧電体１３の伸縮による振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃ間のＺ軸方向の振動のバランスが十分に取られ、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの振動エネルギーが基部１０に伝わり難くなり、基部１０を介して外部部材へ漏れる振動エネルギーが減少することから、Ｑ値の低下が抑制され、Ｑ値を所定のレベルに維持できることが裏付けられたといえる。
加えて、水晶振動片１は、Ｗ１／Ｗ＝１．６０とすることによって、Ｚ軸方向における振動腕１１ｂの振動と振動腕１１ａ，１１ｃの振動とのバランスを、最適な状態で取ることができ、基部１０を介して外部部材へ漏れる振動エネルギーが最も減少することから、Ｑ値の低下が最も抑制され、Ｑ値を所定のレベルに維持できることが裏付けられたといえる。

また、水晶振動片１は、励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃが第１電極１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１と、第１電極１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１に対向して設けられた第２電極１２ａ２，１２ｂ２，１２ｃ２と、両電極間に延在する圧電体１３と、を備えたことから、励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ自体の伸縮によって振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃを振動させることができる。
従って、水晶振動片１は、基材に必ずしも水晶などの圧電材料を用いる必要がないことから、基材の選択肢が広がり、例えば、シリコンなどの半導体材料を基材として用いることができる。

また、水晶振動片１は、Ｚ軸方向における基部１０の厚さが、Ｚ軸方向における振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの厚さよりも厚いことから、基部１０の質量の増加によって、基部１０の質量と振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの質量との差が大きくなっている。
これにより、水晶振動片１は、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの振動エネルギーが基部１０へ伝わり難くなることから、基部１０を介して外部部材へ漏れる振動エネルギーが、より減少することによって、Ｑ値の低下をより抑制し、Ｑ値を所定のレベルに維持することができる。

また、水晶振動片１は、基部１０のＸ軸方向の両端部に固定部１０ｃ，１０ｄが設けられていることから、振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃから基部１０の固定部１０ｃ，１０ｄまでの経路を、固定部１０ｃ，１０ｄが他の部分に設けられている場合と比較して、長くすることが可能となる。
この結果、水晶振動片１は、基部１０の固定部１０ｃ，１０ｄを外部部材へ固定した際の、固定部１０ｃ，１０ｄを介して外部部材へ漏れる振動エネルギーが、固定部１０ｃ，１０ｄが他の部分に設けられている場合（例えば、固定部１０ｃ，１０ｄが振動腕１１ａ，１１ｂ，１１ｃの近傍に設けられている場合）と比較して、更に減少することから、Ｑ値の低下を更に抑制し、Ｑ値を所定のレベルに維持することができる。

（第２実施形態）
次に、上記第１実施形態で述べた水晶振動片（振動片）を備えた振動子としての水晶振動子について説明する。
図４は、第２実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図４（ａ）は、リッド（蓋体）側から俯瞰した平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図である。なお、平面図では、リッドを省略してある。また、各配線は省略してある。
なお、上記第１実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図４に示すように、水晶振動子５は、上記第１実施形態で述べた水晶振動片１と、水晶振動片１を収容したパッケージ２０と、を備えている。

パッケージ２０は、平面形状が略矩形で凹部を有したパッケージベース２１と、パッケージベース２１の凹部を覆う平面形状が略矩形で平板状のリッド２２と、を有し、略直方体形状に形成されている。
パッケージベース２１には、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、水晶、ガラス、シリコンなどが用いられている。
リッド２２には、パッケージベース２１と同材料、または、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼などの金属が用いられている。

パッケージベース２１には、内底面（凹部の内側の底面）２３に、内部端子２４，２５が設けられている。
内部端子２４，２５は、水晶振動片１の基部１０に設けられた接続電極１８ａ，１８ｂの近傍となる位置に略矩形状に形成されている。接続電極１８ａ，１８ｂは、図示しない配線により、水晶振動片１の各励振電極（１２ｂなど）の第１電極（１２ｂ１など）及び第２電極（１２ｂ２など）に接続されている。
例えば、図２の配線において、交流電源の一方側の配線が接続電極１８ａに接続され、他方側の配線が接続電極１８ｂに接続されている。

パッケージベース２１の外底面（内底面２３の反対側の面、外側の底面）２６には、電子機器などの外部部材に実装される際に用いられる一対の外部端子２７，２８が形成されている。
外部端子２７，２８は、図示しない内部配線によって内部端子２４，２５と接続されている。例えば、外部端子２７は、内部端子２４と接続され、外部端子２８は、内部端子２５と接続されている。
内部端子２４，２５及び外部端子２７，２８は、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層にＮｉ、Ａｕなどの各被膜をメッキなどの方法により積層した金属膜からなる。

水晶振動子５は、水晶振動片１の基部１０の固定部１０ｃ，１０ｄが、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの接着剤３０を介して、パッケージベース２１の内底面２３に固定されている。
そして、水晶振動子５は、水晶振動片１の接続電極１８ａ，１８ｂが、Ａｕ、Ａｌなどの金属ワイヤー３１により内部端子２４，２５と接続されている。
水晶振動子５は、水晶振動片１がパッケージベース２１の内部端子２４，２５と接続された状態で、パッケージベース２１の凹部がリッド２２により覆われ、パッケージベース２１とリッド２２とがシームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材２９で接合されることにより、パッケージ２０の内部が気密に封止されている。
なお、パッケージ２０の内部は、減圧状態（真空度の高い状態）または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。

なお、パッケージは、平板状のパッケージベースと凹部を有するリッドなどから構成されていてもよい。また、パッケージは、パッケージベース及びリッドの両方に凹部を有していてもよい。
また、水晶振動片１の基部１０は、固定部１０ｃ，１０ｄに代えて、固定部１０ｃ，１０ｄ以外の部分、例えば、固定部１０ｃと固定部１０ｄとを結んだ直線の中心を含む部分の１個所で固定されていてもよい。
これによれば、水晶振動片１は、１個所で固定されることによって、固定部に生じる熱応力に起因する基部１０の歪みを抑制することができる。

水晶振動子５は、外部端子２７，２８、内部端子２４，２５、金属ワイヤー３１、接続電極１８ａ，１８ｂを経由して励振電極（１２ｂなど）に印加される駆動信号（交番電圧）によって、水晶振動片１の各振動腕（１１ｂなど）が所定の周波数（例えば、約３２ｋＨｚ）で、厚さ方向（図４（ｂ）の矢印方向）に発振（共振）する。

上述したように、第２実施形態の水晶振動子５は、水晶振動片１を備えたことから、上記第１実施形態に記載された効果を奏する振動子（例えば、Ｑ値の低下を抑制し、Ｑ値を所定のレベルに維持することができる振動子）を提供することができる。

（第３実施形態）
次に、上記第１実施形態で述べた水晶振動片（振動片）を備えた発振器としての水晶発振器について説明する。
図５は、第３実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図である。図５（ａ）は、リッド側から俯瞰した平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図である。なお、平面図では、リッド及び一部の構成要素を省略してある。また、各配線は省略してある。
なお、上記第１実施形態及び第２実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第１実施形態及び第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図５に示すように、水晶発振器６は、上記第１実施形態で述べた水晶振動片１と、水晶振動片１を発振させる発振回路としてのＩＣチップ４０と、水晶振動片１及びＩＣチップ４０を収容したパッケージ２０と、を備えている。

パッケージベース２１の内底面２３には、内部接続端子２３ａが設けられている。
発振回路を内蔵するＩＣチップ４０は、パッケージベース２１の内底面２３に、図示しない接着剤などを用いて固定されている。
ＩＣチップ４０は、図示しない接続パッドが、Ａｕ、Ａｌなどの金属ワイヤー４１により内部接続端子２３ａと接続されている。

内部接続端子２３ａは、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層にＮｉ、Ａｕなどの各被膜をメッキなどにより積層した金属膜からなり、図示しない内部配線を経由して、パッケージ２０の外部端子２７，２８、内部端子２４，２５などに接続されている。
なお、ＩＣチップ４０の接続パッドと内部接続端子２３ａとの接続には、金属ワイヤー４１を用いたワイヤーボンディングによる接続方法以外に、ＩＣチップ４０を反転させてのフリップチップ実装による接続方法などを用いてもよい。

水晶発振器６は、ＩＣチップ４０から内部接続端子２３ａ、内部端子２４，２５、金属ワイヤー３１、接続電極１８ａ，１８ｂを経由して励振電極（１２ｂなど）に印加される駆動信号によって、水晶振動片１の各振動腕（１１ｂなど）が所定の周波数（例えば、約３２ｋＨｚ）で発振（共振）する。
そして、水晶発振器６は、この発振に伴って生じる発振信号をＩＣチップ４０、内部接続端子２３ａ、外部端子２７，２８などを経由して外部に出力する。

上述したように、第３実施形態の水晶発振器６は、水晶振動片１を備えたことから、上記第１実施形態に記載された効果を奏する発振器（例えば、Ｑ値の低下を抑制し、Ｑ値を所定のレベルに維持することができる発振器）を提供することができる。
なお、水晶発振器６は、ＩＣチップ４０をパッケージ２０に内蔵ではなく、外付けした構成のモジュール構造（例えば、１つの基板上に水晶振動子及びＩＣチップが搭載されている構造）としてもよい。

（第４実施形態）
次に、上記第１実施形態で述べた水晶振動片（振動片）を備えた電子機器としての携帯電話について説明する。
図６は、第４実施形態の携帯電話を示す模式斜視図である。
図６に示す携帯電話７００は、上記第１実施形態で述べた水晶振動片１を、基準クロック発振源などとして備え、更に液晶表示装置７０１、複数の操作ボタン７０２、受話口７０３、及び送話口７０４を備えて構成されている。

上述した水晶振動片１は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、ナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器などの基準クロック発振源などとして好適に用いることができ、いずれの場合にも上記実施形態で説明した効果を奏する電子機器を提供することができる。

なお、振動片の基材としての水晶には、水晶の原石などから所定の角度で切り出された、例えば、Ｚカット板、Ｘカット板などを用いることができる。なお、Ｚカット板を用いた場合には、その特性によってエッチング加工が容易となり、Ｘカット板を用いた場合には、その特性によって温度−周波数特性が良好となる。
また、振動片の基材は、水晶に限定するものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料、またはシリコンなどの半導体材料であってもよい。
また、振動片の振動腕の数は、３本に限定するものではなく、５本、７本、９本など５以上の奇数本でもよい。
なお、振動片の基部の厚さは、振動腕と同じ厚さにしてもよい。これによれば、振動片は、平板状となることから、製造が容易となる。

１…振動片としての水晶振動片、５…振動子としての水晶振動子、６…発振器としての水晶発振器、１０…基部、１０ａ，１０ｂ…主面、１０ｃ，１０ｄ…固定部、１１ｂ…第１振動腕としての振動腕、１１ａ，１１ｃ…第２振動腕としての振動腕、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…励振電極、１２ａ１，１２ｂ１，１２ｃ１…第１電極、１２ａ２，１２ｂ２，１２ｃ２…第２電極、１３…圧電体、１８ａ，１８ｂ…接続電極、２０…パッケージ、２１…パッケージベース、２２…リッド、２３…内底面、２３ａ…内部接続端子、２４，２５…内部端子、２６…外底面、２７，２８…外部端子、２９…接合部材、３０…接着剤、３１…金属ワイヤー、４０…発振回路としてのＩＣチップ、４１…金属ワイヤー、７００…携帯電話、７０１…液晶表示装置、７０２…操作ボタン、７０３…受話口、７０４…送話口。

Claims (8)

1. 基部と、
   前記基部から第１方向に延びる少なくとも３本の振動腕と、を備え、
   前記３本の振動腕は、前記第１方向と直交する第２方向に配列されると共に、前記第１
   方向と前記第２方向とで特定される平面に沿った主面に励振電極を有し、
   前記３本の振動腕の内、２本の振動腕の間にある振動腕を第１振動腕とし、前記２本の
   振動腕の各々を第２振動腕としたとき、前記第１振動腕と前記第２振動腕とは互いに逆方
   向に振動し、
   前記第１振動腕の前記第２方向の腕幅をＷ１、前記第２振動腕の前記第２方向の腕幅を
   Ｗとし、
   前記第１振動腕における前記励振電極の前記第２方向の電極幅をＡ１、前記第２振動腕
   における前記励振電極の前記第２方向の電極幅をＡとしたとき、
   １．３５＜Ｗ１／Ｗ＜１．９０、且つ、１．３５＜Ａ１／Ａ＜１．９０であり、
   前記励振電極は、前記主面側に設けられた第１電極と、
   前記第１電極に対向して設けられた第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に延在する圧電体と、
   を備えていることを特徴とする振動片。
2. 前記主面と直交する第３方向から見たときに、前記第１振動腕の前記第１電極、前記第
   ２電極、及び前記圧電体が重複する幅をＡ１’、前記第２振動腕の各々の前記第１電極、
   前記第２電極、及び前記圧電体が重複する幅をＡ’としたとき、
   １．３５＜Ａ１’／Ａ’＜１．９０であることを特徴とする請求項１に記載の振動片。
3. 前記第３方向における前記基部の厚さは、前記第３方向における前記各振動腕の厚さよ
   りも厚いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動片。
4. 前記基部の前記第２方向の両端部に固定部が設けられていることを特徴とする請求項１
   ないし請求項３のいずれか一項に記載の振動片。
5. 前記Ｗ１と前記Ｗとの比が、
   Ｗ１／Ｗ＝１．６０であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に
   記載の振動片に振動片。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片と、
   前記振動片を収容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。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動片と、
   前記振動片を発振させる発振回路と、
   を備えていることを特徴とする発振器。
8. 請求項１ないし請求項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。

Images