電子機器
【課題】振動片を備え、小型で、低周波数化および高Ｑ値化が図られた、電子機器を提供する。
【解決手段】電子機器に備えられる振動片２０は、一対の切り込み３１が形成された基部２１と、基部２１の第１の部分の一端側から互いに平行に延出された一対の振動腕２２と、を有している。各振動腕２２は、主要な振動部である一般部２３と、振動腕２２の基部２１との付け根とは反対側の先端側に、一般部２３よりも幅が広い錘部２９と、を有している。また、各振動腕２２の両主面のうち少なくとも一方の主面に沿って開口部を有する有底の長溝と、前記振動腕の前記基部との付け根とは反対側の先端側に、前記基部との前記付け根側よりも幅が広い錘部２９が形成されている。錘部２９は、振動腕２２の長手方向において、基部２１との付け根から先端側までの長さに占める錘部２９の長さ割合が３５％〜４１％の範囲となるように形成されている。
【解決手段】電子機器に備えられる振動片２０は、一対の切り込み３１が形成された基部２１と、基部２１の第１の部分の一端側から互いに平行に延出された一対の振動腕２２と、を有している。各振動腕２２は、主要な振動部である一般部２３と、振動腕２２の基部２１との付け根とは反対側の先端側に、一般部２３よりも幅が広い錘部２９と、を有している。また、各振動腕２２の両主面のうち少なくとも一方の主面に沿って開口部を有する有底の長溝と、前記振動腕の前記基部との付け根とは反対側の先端側に、前記基部との前記付け根側よりも幅が広い錘部２９が形成されている。錘部２９は、振動腕２２の長手方向において、基部２１との付け根から先端側までの長さに占める錘部２９の長さ割合が３５％〜４１％の範囲となるように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、屈曲振動モードで振動する屈曲振動片などの振動片を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、屈曲振動モードで振動し電子機器に備えることが可能な振動片には、例えば、水晶のような圧電材料からなる基材の基部から一対の振動腕を平行に延出させて、且つ、水平方向に互いに接近または離反する向きに振動させる音叉型の屈曲振動片が広く使用されている。この音叉型屈曲振動片の振動腕を励振させたとき、その振動エネルギーに損失が生じると、ＣＩ（Crystal Impedance）値の増大やＱ値の低下など、振動片の性能を低下させる原因となる。そこで、そのような振動エネルギーの損失を防止または低減するために、従来から様々な工夫がなされている。
【０００３】
例えば、振動腕が延出する基部の両側部に切込み部または所定の深さの切り込み（切り込み溝）を形成した音叉型の水晶振動片が知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。この音叉型水晶振動片は、振動腕の振動が垂直方向の成分をも含む場合に、振動が基部から漏れるのを切り込みにより緩和することによって、振動エネルギーの閉じ込め効果を高めてＱ値を制御し、且つ、振動片間でのＱ値のばらつきを防止している。
【０００４】
また、振動片においては、上記のような機械的な振動エネルギーの損失だけでなく、屈曲運動する振動腕の圧縮応力が作用する圧縮部と引張応力が作用する伸張部との間で発生する温度差による熱伝導によっても発生する。この熱伝導によって生じるＱ値の低下は熱弾性損失効果と呼ばれている。
熱弾性損失効果によるＱ値の低下を防止または抑制するために、矩形断面を有する振動腕（振動梁）の中心線上に溝、または孔を形成した音叉型の振動片が、例えば特許文献３に紹介されている。
【０００５】
ところで、振動片を備えた種々の電子機器、例えば、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピューター、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器や振動ジャイロセンサー等の小型化が、近年ますます進展している。これに伴って、それらの電子機器に取り付けられる振動片の小型化の要求がより一層高まってきている。
このような振動片の小型化への要求のなかでは、特に、振動腕の長さを短くすることが寄与率が高く、また、それに伴い、振動腕の断面積を小さくすることが要求される。このため、振動片の低周波数化を図ることが困難になり、また、高次振動モードが発生するなどして振動片の振動特性が不安定になりやすくなることが知られている。このような高次振動モードの発生を抑えたり、低周波数化や振動特性の安定化を図り得る振動片として、振動腕の先端部に、振動腕の一般部（腕部）よりも幅の大きい錘部を形成した振動片が、例えば特許文献４に紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７５号公報
【特許文献２】特開２００４−２６０７１８号公報
【特許文献３】実開平２−３２２２９号公報
【特許文献４】実開２００５−５８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電子機器に備えることが可能な振動片において、長溝と錘部とを兼ね備えた振動腕を有する構成とした場合、振動腕の長手方向の全長に対する錘部の長さの占有率が小さ過ぎたり、あるいは大き過ぎたりすると、錘部による低周波数化や長溝による熱弾性損失の抑制効果を所望のレベルで図ることはできないことを、発明者は見出した。また、発明者は、振動腕の長手方向の全長に対する錘部の長さの占有率が或る範囲にある場合に、所望の低周波数化、および、熱弾性損失の抑制効果による所望のＱ値の確保ができることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
〔適用例１〕本適用例にかかる電子機器は、振動片と、前記振動片と電気的に接続する回路部と、を有し、前記振動片は、基部と、前記基部から延出された振動腕と、を有し、前記振動腕には、前記振動腕の両主面のうち少なくとも一方の主面に沿って開口部を有する有底の長溝が設けられ、前記振動腕は、前記振動腕の前記基部との付け根とは反対側の先端側に、前記振動腕の前記基部との付け根側よりも幅が広い錘部が設けられ、前記振動腕の長手方向において、前記基部との付け根から前記先端側までの長さに占める前記錘部の長さの割合が３５％〜４１％の範囲にあることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、電子機器に備えられている振動片において、振動腕に設けられた長溝によって、振動効率が向上しＣＩ値が低減されるとともに、振動腕の先端部分の錘部が錘の機能を果たすことにより、振動腕の長さを増大させることなく周波数を十分に低く抑えられる効果が得られ、さらに、熱弾性損失が小さくなって、Ｑ値の低下が十分に抑えられる効果が得られることを発明者は見出した。したがって、小型化を実現しながら、低周波数化が図られるとともに、Ｑ値の低下が抑えられ、優れた振動特性を備えた振動片を提供することができる。これにより、電子機器の小型化の推進および信頼性の向上を図ることができる。
【００１１】
〔適用例２〕上記適用例にかかる電子機器において、前記錘部の前記長さの割合が３６％〜４０％の範囲にあることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、小型化、低周波数化、およびＱ値の低下の抑制の効果が顕著になる。
【００１３】
〔適用例３〕上記適用例にかかる電子機器において、前記錘部の前記長さの割合が３７％〜３９％の範囲にあることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、小型化、低周波数化、およびＱ値の低下の抑制の効果がより顕著になる。
【００１５】
〔適用例４〕上記適用例にかかる電子機器において、前記振動片は、前記基部から延出された２つの前記振動腕と、前記基部の２つの前記振動腕の間から、前記振動腕の前記長手方向に沿って延出して設けられている支持腕と、を備えていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、電子機器に備えられている振動片は、支持腕が一対の振動腕間に設けられていることにより、各振動腕が振動した際に、特に、各振動腕が互いに接近する向きに振動したときに、各振動腕間の空気がかき乱されることによって起こる振動片の動作パラメーターの変化を抑制することができる。
また、基部を支持部としてパッケージなどに支持・固定させた場合に起こる様々な不具合、例えば、振動片の先端が下方に傾いてパッケージなどに接触することを防止できたり、パッケージへの衝撃が基部を介してダイレクトに振動腕に伝わることによって起こり得る動作異常などを回避したりすることが可能になり、振動特性の安定した振動片を提供することができる。この振動片を備えた電子機器は、高い信頼性を保持することができる。
【００１７】
〔適用例５〕上記適用例にかかる電子機器において、前記振動片の前記基部と前記振動腕とが水晶により形成されていることを特徴とする
【００１８】
この構成によれば、耐衝撃性が高いとともに、熱弾性損失によるＱ値の低下が抑えられ優れた振動特性を備えた、水晶振動片を提供することができる。この水晶振動片を備えた電子機器は、より高い信頼性を保持することができる。
【００１９】
〔適用例６〕上記適用例にかかる電子機器において、前記振動片が屈曲振動モードを呈する屈曲振動片であることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、電子機器に備えることが可能で、屈曲振動モードを呈する屈曲振動片において、低周波数化と同時にＱ値の低下を抑える効果をより顕著に奏することを発明者は見出した。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は、本発明に係る電子機器に備えられた振動片の一実施形態を模式的に説明する、一方の主面側の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面拡大図。
【図２】は、振動片の錘部占有率と高性能化指数との関係を示すグラフ。
【図３】（ａ）は、上記振動片を備えた振動子の一実施形態を上からみて説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】（ａ）は、上記振動片を備えた発振器の一実施形態を上からみて説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図５】電子機器の一例としての携帯電話機の概略を示す斜視図。
【図６】携帯電話機の回路ブロック図。
【図７】電子機器の一例としてのパーソナルコンピューターの概略を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の電子機器の一実施形態について図面を参照しながら説明する。この電子機器は、優れた振動特性を有する振動片を備えていることが特徴である。
（実施形態）
【００２３】
〔振動片〕
まず、本発明の電子機器の説明に先だって、電子機器に備えられている振動片について説明する。
図１は、本実施形態の振動片を模式的に説明するものであり、（ａ）は、一方の主面側の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す断面拡大図である。
図１（ａ）において、本実施形態の振動片２０は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料からなる、屈曲振動モードを呈する振動片である。振動片２０を水晶から構成する場合、水晶ウェハは、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸からなる直交座標系において、Ｚ軸を中心に時計回りに０度〜５度の範囲で回転させて切り出した水晶Ｚ板を、所定の厚みに切断研磨加工して得られるものを用いる。本実施形態の振動片２０は、その水晶Ｚ板を加工することにより形成された基部２１と、この基部２１の一端側（図において上端側）から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕２２とからなる所謂音叉型の外形を有して形成されている、水晶振動片である。
【００２４】
基部２１には、その両主面に括れた形状が表れるように１つの直線に沿って対向方向に一対の切り込み３１が形成されている。基部２１は、一対の切り込み３１を挟んで両側に位置する第１の部分２１ａおよび第２の部分２１ｂと、一対の切り込み３１間で第１の部分２１ａおよび第２の部分２１ｂを接続する接続部分２１ｃとを含む。本実施形態の振動片２０においては、この切り込み３１によって、各振動腕２２の振動の伝達が遮断されるので、振動が基部２１や支持腕３０を介して外部に伝わる所謂振動漏れを抑制し、ＣＩ値の上昇を防止することができる。
なお、各切り込み３１は、振動片２０の落下に対する強度の確保をした上で、最適な幅や長さに調整して振動漏れを最小にするのが望ましい。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、一対の振動腕２２は、基部２１の第１の部分２１ａから両主面（紙面上手前と奥の面）に平行に延出されている。また、各振動腕２２は、前記両主面と、その両主面を両側で接続する両側面とを有する。
各振動腕２２は、その中央部に、振動腕２２において主要な振動部である一般部２３を有している。また、各振動腕２２は、基部２１に接続される根元部において、一般部２３から基部２１側に向けて前記両側面間の幅が徐徐に広げられ基部２１との付け根部で最も幅広となる幅広部２４を有している。このように、各振動腕２２が幅広部２４を有することにより、広い幅で基部２１に接続されるので剛性が高くなり、耐衝撃性などが向上する。
【００２６】
また、各振動腕２２の基部２１の付け根とは反対側の先端側には、一般部２３よりも幅が広い錘部２９がそれぞれ形成されている。このように、各振動腕２２の先端部分に錘部２９が設けられていることにより、先端部分が錘の機能を果たすので、振動腕２２の長さを増大させることなく周波数を低くすることができる。
また、振動片２０の各振動腕２２の長手方向（本例では、基部２１の第１の部分２１ａから各振動腕２２が延出される方向）において、基部２１との付け根から先端側までの長さＬに占める錘部２９の長さｌの割合が３５％〜４１％の範囲に調整されて設けられている。このような構成とすることにより、振動片２０は、各振動腕２２の先端部分の錘部２９が錘の機能を果たすことにより、振動腕２２の長さを増大させることなく周波数を十分に低く抑えられる効果が得られるとともに、熱弾性損失が小さくなってＱ値の低下が十分に抑えられる効果が得られることを発明者は見出した（詳細は後述する）。
【００２７】
各振動腕２２の一方の主面には、それぞれの長手方向に沿って一本の有底の長溝２６ａが設けられている。また、図１（ｂ）に示すように、一方の（図１（ａ）の紙面上左側の）振動腕２２の他方の主面にも、振動腕２２の長手方向に沿って一本の長溝２６ｂが設けられている。同様に、図示はしないが、他方の振動腕２２（紙面上右側の振動腕）の他方の主面にも、１本の有底の溝２６ｂが設けられている。即ち、長溝２６ａ，２６ｂは、主面に沿って位置する開口部をそれぞれ有している。
このように、各振動腕２２に設けられた長溝２６ａ，２６ｂによって、剛性が小さくなって振動しやすくなり、振動腕２２が効率よく振動して良好な振動特性を示すことが可能になる。また、長溝２６ａ，２６ｂは、各振動腕２２の基部２１との付け根部近傍において、振動に伴なう歪により振動腕２２の両側面の突堤部２５で発生する温度上昇および温度低下に起因する熱の流路を狭めているので、熱の移動を抑制して熱弾性損失を低減する効果を奏し、この結果、ＣＩ値の増大やＱ値の低下などの熱弾性損失による悪影響を抑制できる。
【００２８】
本実施形態の振動片２０は、基部２１の第２の部分２１ｂから延びる一対の支持腕３０を有している。一対の支持腕３０は、基部２１から一対の振動腕２２が延びる方向とは交差方向であって、それぞれ相互に反対方向に延出されてから、屈曲部３２で略直角に屈曲され、一対の振動腕２２の延出方向と平行な方向に延びている。このように屈曲させることにより、支持腕３０を有する振動片２０の小型化を図ることができる。支持腕３０は、屈曲部３２よりも先端側（振動腕２２の錘部２９側）に、後述するようにパッケージなどに取り付けられる固定領域を含み、この支持腕３０の固定領域で振動片２０を支持するように取り付けることによって、振動腕２２および基部２１を振動片２０の固定面から浮いた状態にすることができる。
【００２９】
各振動腕２２の各長溝２６ａ，２６ｂ、および各両側面を含む表面には、励振電極３３，３４が形成されている（図１（ｂ）を参照）。一方の振動腕２２において、励振電極３３，３４間に電圧を印加して、振動腕２２の両側面を伸縮させることで振動腕２２を振動させる。励振電極３３，３４は、水晶をエッチングして振動片２０の長溝２６ａ，２６ｂを含む外形を形成した後で、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に、蒸着またはスパッタリングにより例えば金（Ａｕ）による電極層を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成することができる。ここで、クロムは水晶との密着性が高く、また、金は、電気抵抗が低く酸化し難いことで知られている。
【００３０】
ここで、本実施形態の振動片２０の効果について述べる。
発明者は、まず、振動腕２２の基部２１との付け根から先端部までの長さＬに対する錘部２９の長さｌの占有率を変化させた時に、低周波数化が効率よく図れる占有率と、周波数一定に換算したＱ値の低下を効率よく軽減できる占有率とをシミュレーションにより個別に求めた。その結果、低周波数化が効率よく図れる占有率と、Ｑ値の低下を効率よく軽減できる占有率とは、一致しなかった。
次に、そのような、振動腕２２の基部２１との付け根から先端までの長さに対する錘部２９の長さの占有率により、振動片２０の低周波数化の効率が良くなる要素と、熱弾性損失がより小さくなる要素とを掛け合わせ、さらに、等価モデルでシミュレーションすることによって求めた最適値と合うように補正した結果、図２のグラフに示すような結果を得た。
図２において、横軸は、振動腕２２の基部２１との付け根から先端までの長手方向の長さＬに対して錘部２９の長さｌが占める錘部占有率（％）であり、縦軸は、低周波数化指数と高Ｑ値化指数とを掛けた値として定義する（補正後）修正高性能化指数である。
図２のグラフに示すように、補正後の高性能化指数は、錘部占有率３８％を中心として錘部占有率３５％〜４１％のときに最も高いことを発明者は見出した。
【００３１】
なお、低周波数化指数とは、錘部による周波数の低下量を示す値であり、０〜１の規格化された値である。具体的には、低周波数化指数は、錘部占有率を０％〜１００％の間で変化させた場合に、周波数が最も低くなったときを１とし、最も高くなったときを０として規格化した値である。
また、高Ｑ値化指数とは、錘部によるＱ値の上昇量を示す値であり、０〜１の規格化された値である。具体的には、高Ｑ値化指数は、錘部占有率を０％〜１００％の間で変化させた場合に、Ｑ値が最も高くなったときを１とし、最も低くなったときを０として規格化した値である。
【００３２】
したがって、上記実施形態の振動片２０によれば、各振動腕２２に設けられた長溝２６ａ，２６ｂによって振動効率が向上しＣＩ値が低減されるとともに、各振動腕２２の先端部分に形成された錘部２９の長手方向の長さｌが、振動腕２２の全長Ｌに対して３５〜４１％の占有率になるように形成されているので、振動腕２２の長さを増大させることなく周波数を十分に低く抑えられるとともに、熱弾性損失が小さくなってＱ値の低下を十分に抑える効果が得られる。
この効果は、各振動腕２２の錘部２９の錘部占有率を３６％〜４０％とすれば、より高まることを発明者は見出した。
更に、この効果は、各振動腕２２の錘部２９の錘部占有率を３７％〜３９％とすれば、より顕著に高まることを発明者は見出した。
【００３３】
〔振動子〕
次に、上記の振動片２０を用いた振動子について説明する。
図３は、上記の振動片２０を搭載する振動子の一実施形態を説明するものであり、（ａ）は上側からみた概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図３（ａ）では、振動子の内部の構造を説明する便宜上、振動子２００の上方に設けられるリッド１１９（図３（ｂ）を参照）を取り外した状態を図示している。
【００３４】
図３において、振動子２００は、段差を有する凹部が設けられたパッケージ１１０を有している。パッケージ１１０の凹部の凹底部分には、振動片２０が接合され、パッケージ１１０の開放された上端には、蓋体としてのリッド１１９が接合されている。
【００３５】
パッケージ１１０は、平板状の第１層基板１１１上に、内環状部の大きさが異なる矩形環状の第２層基板１１２および第３層基板１１３がこの順に積層されて構成されることにより、上面側に開口を有し内部に段差が設けられた凹部が形成されている。パッケージ１１０の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなどを用いることができる。
【００３６】
パッケージ１１０の凹部において、第２層基板１１２により形成される段差上には、振動片２０が接合される複数の振動片接続端子１１５が設けられている。また、図示はしないが、パッケージ１１０の外底面となる第１層基板１１１の外底面には、外部基板との接合に供する外部実装端子が設けられている。
このようにパッケージ１１０に設けられた上記の各種端子は、対応する端子どうしが、図示しない引き回し配線やスルーホールなどの層内配線により接続されている。
【００３７】
パッケージ１１０の凹部には、振動片２０が接合されている。具体的には、振動片２０の支持腕３０の一部に設けられた図示しない外部接続電極と、パッケージ１１０の凹部において、第２層基板１１２の突部１１２ａにより形成された段差上に設けられた振動片接続端子１１５と、が位置合わせされ、例えば銀ペーストなどの導電性の接合部材９６により接合されるとともに、電気的に接続されている。これにより、振動片２０が、パッケージ１１０内において、凹部の凹底部分となる第１層基板１１１との間に隙間を空けながら、振動腕２２を自由端として固定される。
【００３８】
図３（ｂ）に示すように、振動片２０が凹部内に接合されたパッケージ１１０の上端には、蓋体としてのリッド１１９が配置され、パッケージ１１０の開口を封鎖している。リッド１１９の材質としては、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）等の金属、セラミックス、あるいはガラスなどを用いることができる。例えば、金属からなるリッド１１９は、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング１１８を介してシーム溶接することによりパッケージ１１０と接合される。パッケージ１１０内に形成される内部空間は、振動片２０が動作するための空間となる。また、この内部空間は、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止されている。
【００３９】
上記構成の振動子２００によれば、上記した構成の振動片２０を備えているので、振動腕２２に設けられた長溝２６ａ，２６ｂによって、振動効率が向上されてＣＩ値の低減が図られるとともに、錘部２９による低周波数化および高Ｑ値化が図られた優れた振動特性を備えた振動子２００を提供することができる。
【００４０】
〔発振器〕
次に、上記の振動片２０を用いた発振器について説明する。
図４は、上記の振動片２０を搭載する発振器の一実施形態を説明するものであり、（ａ）は上側からみた概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図４（ａ）では、発振器の内部の構造を説明する便宜上、発振器３００の上方に設けられるリッド２１９を取り外した状態を図示している。
【００４１】
図４において、発振器３００は、段差を有する凹部が設けられたパッケージ２１０を有している。パッケージ２１０の凹部の凹底部分には、ＩＣチップ１５０と、ＩＣチップ１５０の上方に配置された振動片２０とが接合され、パッケージ２１０の開放された上端には蓋体としてのリッド２１９が接合されている。
【００４２】
パッケージ２１０は、平板状の第１層基板２１１上に、内環状部の大きさが異なる矩形環状の第２層基板２１２、第３層基板２１３、および第４層基板２１４がこの順に積層されて構成されることにより、上面側に開口を有し内部に段差が設けられた凹部が形成されている。パッケージ２１０の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなどを用いることができる。
【００４３】
パッケージ２１０の凹部の凹底部分となる第１層基板２１１上には、ＩＣチップ１５０が配置されるダイパッド２１５が設けられている。なお、図示はしないが、パッケージ２１０の外底面となる第１層基板２１１の外底面（ダイパッド２１５が設けられた面と異なる面）には、外部基板との接合に供する外部実装端子が設けられている。
また、パッケージ２１０の凹部において、第２層基板２１２により形成される段差上には、ＩＣチップ１５０との電気的な接続に供する複数のＩＣ接続端子２１６が設けられている。
さらに、パッケージ２１０の凹部において、第３層基板２１３により形成される段差上には、振動片２０が接合される複数の振動片接続端子２１７が設けられている。
このようにパッケージ２１０に設けられた上記の各種端子は、対応する端子どうしが、図示しない引き回し配線やスルーホールなどの層内配線により接続されている。
【００４４】
ＩＣチップ１５０は、振動片２０を発振させる発振回路や、温度補償回路などを含む半導体回路素子（回路部）である。ＩＣチップ１５０は、パッケージ２１０の凹部の凹底部分に設けられたダイパッド２１５上に、例えばろう材９５によって接着・固定されている。また、ＩＣチップ１５０とパッケージ２１０とは、本実施形態では、ワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。具体的には、ＩＣチップ１５０に設けられた複数の電極パッド１５５と、パッケージ２１０の対応するＩＣ接続端子２１６とが、ボンディングワイヤー９７により接続されている。
【００４５】
パッケージ２１０の凹部において、ＩＣチップ１５０の上方には、振動片２０が接合されている。具体的には、振動片２０の支持腕３０の一部に設けられた図示しない外部接続電極と、パッケージ２１０の凹部において第３層基板２１３の突部２１３ａにより形成された段差上に設けられた振動片接続端子２１７とが位置合わせされ、例えば銀ペーストなどの導電性の接合部材９６により接合されるとともに、電気的に接続されている。これにより、振動片２０が、パッケージ２１０内において、下方に接合されたＩＣチップ１５０との間に隙間を空けながら、振動腕２２を自由端として固定される。
【００４６】
図４（ｂ）に示すように、ＩＣチップ１５０および振動片２０が凹部内に接合されたパッケージ２１０の上端にはリッド２１９が配置され、パッケージ２１０の開口を封鎖している。例えば、金属からなるリッド２１９を用いた場合には、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング２１８を介してシーム溶接することによりパッケージ２１０と接合される。パッケージ２１０内において振動片２０が動作するための空間となる内部空間は、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止されている。
【００４７】
上記構成の発振器３００によれば、上記した構成の振動片２０を備えているので、振動腕２２に設けられた長溝２６ａ，２６ｂによって、振動効率が向上されてＣＩ値の低減が図られるとともに、錘部２９による低周波数化および高Ｑ値化が図られ優れた発振特性を備えた発振器３００を提供することができる。
【００４８】
〔電子機器〕
上記実施形態の振動片２０は、各種の電子機器に適用することができ、これらの電子機器は、信頼性の高いものとなる。なお、本電子機器には、上記実施形態で説明した振動子２００および発振器３００を用いてもよい。図５、および図６は、本発明の電子機器の一例としての携帯電話機を示す。図５は、携帯電話機の外観の概略を示す斜視図であり、図６は、携帯電話機の回路構成を説明する回路ブロック図である。この携帯電話機４００は、振動片２０（図１）を用いた例で説明し、振動片２０の構成、作用については、同一符号を用いるなどして、その説明を省略する。
図５に示すように携帯電話機４００は、表示部であるＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）４０１、数字等の入力部であるキー４０２、マイクロフォン４０３、スピーカー４１１などが設けられている。そして、図６に示すように、携帯電話機４００で送信する場合は、使用者が、自己の声をマイクロフォン４０３に入力すると、信号はパルス幅変調・符号化ブロック４０４と、変調器／復調器ブロック４０５とを経て、さらにトランスミッター４０６、アンテナスイッチ４０７を介して、アンテナ４０８から送信されることになる。
【００４９】
一方、他人の電話機から送信された信号は、アンテナ４０８で受信され、アンテナスイッチ４０７、受信フィルター４０９を経て、レシーバー４１０から変調器／復調器ブロック４０５に入力される。そして、変調又は復調された信号がパルス幅変調・符号化ブロック４０４を経て、スピーカー４１１に声として出力されるようになっている。そして、アンテナスイッチ４０７や変調器／復調器ブロック４０５等を制御するために、コントローラー４１２が設けられている。
このコントローラー４１２は、上述の他に表示部であるＬＣＤ４０１や数字等の入力部であるキー４０２、更にはＲＡＭ４１３やＲＯＭ４１４等も制御するため、高精度であることが求められる。また、携帯電話機４００の小型化の要請もあり、このような要請に合致するものとして、上述の振動片２０が用いられている。なお、携帯電話機４００は、他の構成ブロックとして、温度補償水晶発振器４１５、レシーバー用シンセサイザー４１６、トランスミッター用シンセサイザー４１７などを有しているが、ここでは説明を省略する。
【００５０】
また、本発明の振動片２０を備える電子機器としては、図７に示す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）５００も挙げられる。パーソナルコンピューター５００は、表示部５０１、入力キー部５０２などを備えており、その電気的制御の基準クロックとして上述の振動片２０が用いられている。
【００５１】
このような携帯電話機４００やパーソナルコンピューター５００に用いられている振動片２０は、振動腕２２の基部２１との付け根から先端側までの長さLに占める錘部２９の長さIの割合が３５％〜４１％の範囲に設定されており、振動腕２２の長さを増大させることなく周波数を十分に低く抑えられる効果や、熱弾性損失が小さくなって、Ｑ値の低下を十分に抑えられる効果、が得られ、優れた振動特性を備えることができる。これにより、携帯電話機４００およびパーソナルコンピューター５００は、小型化および高い信頼性を図ることができる。
【００５２】
なお、本発明の振動片２０を備える電子機器としては、前述に加え、例えばディジタルスチールカメラ、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）、フライトシミュレーター等が挙げられる。
【００５３】
以上、本発明の電子機器を、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。例えば、上記実施形態では、電子機器の振動片２０が振動部として一対の振動腕２２を有する場合を例に説明したが、振動腕２２の数は、３つ以上であってもよい。さらに、固定端となる基部を有する１本の振動腕のみにより構成されるビーム型振動片などであってもよい。
【００５４】
また、上記実施形態で説明した振動腕２２は、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）等の発振器の他、ジャイロセンサー等に適用することができる。
【００５５】
そして、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、電子機器に備えることが可能な、屈曲振動モードの振動片２０を例にとって、本発明である、錘部２９の長さ割合を最適に設定して優れた振動特性を奏する効果、について説明した。これに限らず、ねじり振動モードや剪断モードなどの屈曲振動モード以外の振動モードの振動片においても、本発明の特徴的な構成を具備させることにより、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５６】
また、上記実施形態では、基部２１から延出された支持専用の支持腕３０を有するとともに、基部２１から２本の振動腕２２が平行に延出されて形成された所謂音叉型の振動片２０における本発明の一実施形態について説明した。これに限らず、支持腕３０が無い構成の振動片であっても、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５７】
また、上記実施形態では、圧電材料からなる振動片２０、この場合水晶からなる水晶振動片、について説明した。これに限らず、例えば、非圧電材料であるシリコン等からなる振動片であっても、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５８】
２０…振動片、２１…基部、２１ａ…（基部の）第１の部分、２１ｂ…（基部の）第２の部分、２１ｃ…（基部の）接続部分、２２…振動腕、２３…一般部、２４…幅広部、２５…突堤部、２６ａ，２６ｂ…長溝、２９…錘部、３０…支持腕、３２…屈曲部、３３，３４…励振電極、９５…ろう材、９６…導電性の接合部材、９７…ボンディングワイヤー、１１０，２１０…パッケージ、１１１，２１１…第１層基板、１１２，２１２…第２層基板、１１２ａ…突部、１１３，２１３…第３層基板、１１５，２１７…振動片接続端子、１１８，２１８…シールリング、１１９，２１９…リッド、１５０…回路部としてのＩＣチップ、１５５…電極パッド、２００…振動子、２１４…第４層基板、２１５…ダイパッド、３００…発振器、４００…電子機器としての携帯電話機、５００…電子機器としてのパーソナルコンピューター。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、屈曲振動モードで振動する屈曲振動片などの振動片を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、屈曲振動モードで振動し電子機器に備えることが可能な振動片には、例えば、水晶のような圧電材料からなる基材の基部から一対の振動腕を平行に延出させて、且つ、水平方向に互いに接近または離反する向きに振動させる音叉型の屈曲振動片が広く使用されている。この音叉型屈曲振動片の振動腕を励振させたとき、その振動エネルギーに損失が生じると、ＣＩ（Crystal Impedance）値の増大やＱ値の低下など、振動片の性能を低下させる原因となる。そこで、そのような振動エネルギーの損失を防止または低減するために、従来から様々な工夫がなされている。
【０００３】
例えば、振動腕が延出する基部の両側部に切込み部または所定の深さの切り込み（切り込み溝）を形成した音叉型の水晶振動片が知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。この音叉型水晶振動片は、振動腕の振動が垂直方向の成分をも含む場合に、振動が基部から漏れるのを切り込みにより緩和することによって、振動エネルギーの閉じ込め効果を高めてＱ値を制御し、且つ、振動片間でのＱ値のばらつきを防止している。
【０００４】
また、振動片においては、上記のような機械的な振動エネルギーの損失だけでなく、屈曲運動する振動腕の圧縮応力が作用する圧縮部と引張応力が作用する伸張部との間で発生する温度差による熱伝導によっても発生する。この熱伝導によって生じるＱ値の低下は熱弾性損失効果と呼ばれている。
熱弾性損失効果によるＱ値の低下を防止または抑制するために、矩形断面を有する振動腕（振動梁）の中心線上に溝、または孔を形成した音叉型の振動片が、例えば特許文献３に紹介されている。
【０００５】
ところで、振動片を備えた種々の電子機器、例えば、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピューター、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器や振動ジャイロセンサー等の小型化が、近年ますます進展している。これに伴って、それらの電子機器に取り付けられる振動片の小型化の要求がより一層高まってきている。
このような振動片の小型化への要求のなかでは、特に、振動腕の長さを短くすることが寄与率が高く、また、それに伴い、振動腕の断面積を小さくすることが要求される。このため、振動片の低周波数化を図ることが困難になり、また、高次振動モードが発生するなどして振動片の振動特性が不安定になりやすくなることが知られている。このような高次振動モードの発生を抑えたり、低周波数化や振動特性の安定化を図り得る振動片として、振動腕の先端部に、振動腕の一般部（腕部）よりも幅の大きい錘部を形成した振動片が、例えば特許文献４に紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７５号公報
【特許文献２】特開２００４−２６０７１８号公報
【特許文献３】実開平２−３２２２９号公報
【特許文献４】実開２００５−５８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電子機器に備えることが可能な振動片において、長溝と錘部とを兼ね備えた振動腕を有する構成とした場合、振動腕の長手方向の全長に対する錘部の長さの占有率が小さ過ぎたり、あるいは大き過ぎたりすると、錘部による低周波数化や長溝による熱弾性損失の抑制効果を所望のレベルで図ることはできないことを、発明者は見出した。また、発明者は、振動腕の長手方向の全長に対する錘部の長さの占有率が或る範囲にある場合に、所望の低周波数化、および、熱弾性損失の抑制効果による所望のＱ値の確保ができることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
〔適用例１〕本適用例にかかる電子機器は、振動片と、前記振動片と電気的に接続する回路部と、を有し、前記振動片は、基部と、前記基部から延出された振動腕と、を有し、前記振動腕には、前記振動腕の両主面のうち少なくとも一方の主面に沿って開口部を有する有底の長溝が設けられ、前記振動腕は、前記振動腕の前記基部との付け根とは反対側の先端側に、前記振動腕の前記基部との付け根側よりも幅が広い錘部が設けられ、前記振動腕の長手方向において、前記基部との付け根から前記先端側までの長さに占める前記錘部の長さの割合が３５％〜４１％の範囲にあることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、電子機器に備えられている振動片において、振動腕に設けられた長溝によって、振動効率が向上しＣＩ値が低減されるとともに、振動腕の先端部分の錘部が錘の機能を果たすことにより、振動腕の長さを増大させることなく周波数を十分に低く抑えられる効果が得られ、さらに、熱弾性損失が小さくなって、Ｑ値の低下が十分に抑えられる効果が得られることを発明者は見出した。したがって、小型化を実現しながら、低周波数化が図られるとともに、Ｑ値の低下が抑えられ、優れた振動特性を備えた振動片を提供することができる。これにより、電子機器の小型化の推進および信頼性の向上を図ることができる。
【００１１】
〔適用例２〕上記適用例にかかる電子機器において、前記錘部の前記長さの割合が３６％〜４０％の範囲にあることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、小型化、低周波数化、およびＱ値の低下の抑制の効果が顕著になる。
【００１３】
〔適用例３〕上記適用例にかかる電子機器において、前記錘部の前記長さの割合が３７％〜３９％の範囲にあることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、小型化、低周波数化、およびＱ値の低下の抑制の効果がより顕著になる。
【００１５】
〔適用例４〕上記適用例にかかる電子機器において、前記振動片は、前記基部から延出された２つの前記振動腕と、前記基部の２つの前記振動腕の間から、前記振動腕の前記長手方向に沿って延出して設けられている支持腕と、を備えていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、電子機器に備えられている振動片は、支持腕が一対の振動腕間に設けられていることにより、各振動腕が振動した際に、特に、各振動腕が互いに接近する向きに振動したときに、各振動腕間の空気がかき乱されることによって起こる振動片の動作パラメーターの変化を抑制することができる。
また、基部を支持部としてパッケージなどに支持・固定させた場合に起こる様々な不具合、例えば、振動片の先端が下方に傾いてパッケージなどに接触することを防止できたり、パッケージへの衝撃が基部を介してダイレクトに振動腕に伝わることによって起こり得る動作異常などを回避したりすることが可能になり、振動特性の安定した振動片を提供することができる。この振動片を備えた電子機器は、高い信頼性を保持することができる。
【００１７】
〔適用例５〕上記適用例にかかる電子機器において、前記振動片の前記基部と前記振動腕とが水晶により形成されていることを特徴とする
【００１８】
この構成によれば、耐衝撃性が高いとともに、熱弾性損失によるＱ値の低下が抑えられ優れた振動特性を備えた、水晶振動片を提供することができる。この水晶振動片を備えた電子機器は、より高い信頼性を保持することができる。
【００１９】
〔適用例６〕上記適用例にかかる電子機器において、前記振動片が屈曲振動モードを呈する屈曲振動片であることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、電子機器に備えることが可能で、屈曲振動モードを呈する屈曲振動片において、低周波数化と同時にＱ値の低下を抑える効果をより顕著に奏することを発明者は見出した。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は、本発明に係る電子機器に備えられた振動片の一実施形態を模式的に説明する、一方の主面側の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面拡大図。
【図２】は、振動片の錘部占有率と高性能化指数との関係を示すグラフ。
【図３】（ａ）は、上記振動片を備えた振動子の一実施形態を上からみて説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】（ａ）は、上記振動片を備えた発振器の一実施形態を上からみて説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図５】電子機器の一例としての携帯電話機の概略を示す斜視図。
【図６】携帯電話機の回路ブロック図。
【図７】電子機器の一例としてのパーソナルコンピューターの概略を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の電子機器の一実施形態について図面を参照しながら説明する。この電子機器は、優れた振動特性を有する振動片を備えていることが特徴である。
（実施形態）
【００２３】
〔振動片〕
まず、本発明の電子機器の説明に先だって、電子機器に備えられている振動片について説明する。
図１は、本実施形態の振動片を模式的に説明するものであり、（ａ）は、一方の主面側の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す断面拡大図である。
図１（ａ）において、本実施形態の振動片２０は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料からなる、屈曲振動モードを呈する振動片である。振動片２０を水晶から構成する場合、水晶ウェハは、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸からなる直交座標系において、Ｚ軸を中心に時計回りに０度〜５度の範囲で回転させて切り出した水晶Ｚ板を、所定の厚みに切断研磨加工して得られるものを用いる。本実施形態の振動片２０は、その水晶Ｚ板を加工することにより形成された基部２１と、この基部２１の一端側（図において上端側）から二股に別れて互いに平行に延出する一対の振動腕２２とからなる所謂音叉型の外形を有して形成されている、水晶振動片である。
【００２４】
基部２１には、その両主面に括れた形状が表れるように１つの直線に沿って対向方向に一対の切り込み３１が形成されている。基部２１は、一対の切り込み３１を挟んで両側に位置する第１の部分２１ａおよび第２の部分２１ｂと、一対の切り込み３１間で第１の部分２１ａおよび第２の部分２１ｂを接続する接続部分２１ｃとを含む。本実施形態の振動片２０においては、この切り込み３１によって、各振動腕２２の振動の伝達が遮断されるので、振動が基部２１や支持腕３０を介して外部に伝わる所謂振動漏れを抑制し、ＣＩ値の上昇を防止することができる。
なお、各切り込み３１は、振動片２０の落下に対する強度の確保をした上で、最適な幅や長さに調整して振動漏れを最小にするのが望ましい。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、一対の振動腕２２は、基部２１の第１の部分２１ａから両主面（紙面上手前と奥の面）に平行に延出されている。また、各振動腕２２は、前記両主面と、その両主面を両側で接続する両側面とを有する。
各振動腕２２は、その中央部に、振動腕２２において主要な振動部である一般部２３を有している。また、各振動腕２２は、基部２１に接続される根元部において、一般部２３から基部２１側に向けて前記両側面間の幅が徐徐に広げられ基部２１との付け根部で最も幅広となる幅広部２４を有している。このように、各振動腕２２が幅広部２４を有することにより、広い幅で基部２１に接続されるので剛性が高くなり、耐衝撃性などが向上する。
【００２６】
また、各振動腕２２の基部２１の付け根とは反対側の先端側には、一般部２３よりも幅が広い錘部２９がそれぞれ形成されている。このように、各振動腕２２の先端部分に錘部２９が設けられていることにより、先端部分が錘の機能を果たすので、振動腕２２の長さを増大させることなく周波数を低くすることができる。
また、振動片２０の各振動腕２２の長手方向（本例では、基部２１の第１の部分２１ａから各振動腕２２が延出される方向）において、基部２１との付け根から先端側までの長さＬに占める錘部２９の長さｌの割合が３５％〜４１％の範囲に調整されて設けられている。このような構成とすることにより、振動片２０は、各振動腕２２の先端部分の錘部２９が錘の機能を果たすことにより、振動腕２２の長さを増大させることなく周波数を十分に低く抑えられる効果が得られるとともに、熱弾性損失が小さくなってＱ値の低下が十分に抑えられる効果が得られることを発明者は見出した（詳細は後述する）。
【００２７】
各振動腕２２の一方の主面には、それぞれの長手方向に沿って一本の有底の長溝２６ａが設けられている。また、図１（ｂ）に示すように、一方の（図１（ａ）の紙面上左側の）振動腕２２の他方の主面にも、振動腕２２の長手方向に沿って一本の長溝２６ｂが設けられている。同様に、図示はしないが、他方の振動腕２２（紙面上右側の振動腕）の他方の主面にも、１本の有底の溝２６ｂが設けられている。即ち、長溝２６ａ，２６ｂは、主面に沿って位置する開口部をそれぞれ有している。
このように、各振動腕２２に設けられた長溝２６ａ，２６ｂによって、剛性が小さくなって振動しやすくなり、振動腕２２が効率よく振動して良好な振動特性を示すことが可能になる。また、長溝２６ａ，２６ｂは、各振動腕２２の基部２１との付け根部近傍において、振動に伴なう歪により振動腕２２の両側面の突堤部２５で発生する温度上昇および温度低下に起因する熱の流路を狭めているので、熱の移動を抑制して熱弾性損失を低減する効果を奏し、この結果、ＣＩ値の増大やＱ値の低下などの熱弾性損失による悪影響を抑制できる。
【００２８】
本実施形態の振動片２０は、基部２１の第２の部分２１ｂから延びる一対の支持腕３０を有している。一対の支持腕３０は、基部２１から一対の振動腕２２が延びる方向とは交差方向であって、それぞれ相互に反対方向に延出されてから、屈曲部３２で略直角に屈曲され、一対の振動腕２２の延出方向と平行な方向に延びている。このように屈曲させることにより、支持腕３０を有する振動片２０の小型化を図ることができる。支持腕３０は、屈曲部３２よりも先端側（振動腕２２の錘部２９側）に、後述するようにパッケージなどに取り付けられる固定領域を含み、この支持腕３０の固定領域で振動片２０を支持するように取り付けることによって、振動腕２２および基部２１を振動片２０の固定面から浮いた状態にすることができる。
【００２９】
各振動腕２２の各長溝２６ａ，２６ｂ、および各両側面を含む表面には、励振電極３３，３４が形成されている（図１（ｂ）を参照）。一方の振動腕２２において、励振電極３３，３４間に電圧を印加して、振動腕２２の両側面を伸縮させることで振動腕２２を振動させる。励振電極３３，３４は、水晶をエッチングして振動片２０の長溝２６ａ，２６ｂを含む外形を形成した後で、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に、蒸着またはスパッタリングにより例えば金（Ａｕ）による電極層を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成することができる。ここで、クロムは水晶との密着性が高く、また、金は、電気抵抗が低く酸化し難いことで知られている。
【００３０】
ここで、本実施形態の振動片２０の効果について述べる。
発明者は、まず、振動腕２２の基部２１との付け根から先端部までの長さＬに対する錘部２９の長さｌの占有率を変化させた時に、低周波数化が効率よく図れる占有率と、周波数一定に換算したＱ値の低下を効率よく軽減できる占有率とをシミュレーションにより個別に求めた。その結果、低周波数化が効率よく図れる占有率と、Ｑ値の低下を効率よく軽減できる占有率とは、一致しなかった。
次に、そのような、振動腕２２の基部２１との付け根から先端までの長さに対する錘部２９の長さの占有率により、振動片２０の低周波数化の効率が良くなる要素と、熱弾性損失がより小さくなる要素とを掛け合わせ、さらに、等価モデルでシミュレーションすることによって求めた最適値と合うように補正した結果、図２のグラフに示すような結果を得た。
図２において、横軸は、振動腕２２の基部２１との付け根から先端までの長手方向の長さＬに対して錘部２９の長さｌが占める錘部占有率（％）であり、縦軸は、低周波数化指数と高Ｑ値化指数とを掛けた値として定義する（補正後）修正高性能化指数である。
図２のグラフに示すように、補正後の高性能化指数は、錘部占有率３８％を中心として錘部占有率３５％〜４１％のときに最も高いことを発明者は見出した。
【００３１】
なお、低周波数化指数とは、錘部による周波数の低下量を示す値であり、０〜１の規格化された値である。具体的には、低周波数化指数は、錘部占有率を０％〜１００％の間で変化させた場合に、周波数が最も低くなったときを１とし、最も高くなったときを０として規格化した値である。
また、高Ｑ値化指数とは、錘部によるＱ値の上昇量を示す値であり、０〜１の規格化された値である。具体的には、高Ｑ値化指数は、錘部占有率を０％〜１００％の間で変化させた場合に、Ｑ値が最も高くなったときを１とし、最も低くなったときを０として規格化した値である。
【００３２】
したがって、上記実施形態の振動片２０によれば、各振動腕２２に設けられた長溝２６ａ，２６ｂによって振動効率が向上しＣＩ値が低減されるとともに、各振動腕２２の先端部分に形成された錘部２９の長手方向の長さｌが、振動腕２２の全長Ｌに対して３５〜４１％の占有率になるように形成されているので、振動腕２２の長さを増大させることなく周波数を十分に低く抑えられるとともに、熱弾性損失が小さくなってＱ値の低下を十分に抑える効果が得られる。
この効果は、各振動腕２２の錘部２９の錘部占有率を３６％〜４０％とすれば、より高まることを発明者は見出した。
更に、この効果は、各振動腕２２の錘部２９の錘部占有率を３７％〜３９％とすれば、より顕著に高まることを発明者は見出した。
【００３３】
〔振動子〕
次に、上記の振動片２０を用いた振動子について説明する。
図３は、上記の振動片２０を搭載する振動子の一実施形態を説明するものであり、（ａ）は上側からみた概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図３（ａ）では、振動子の内部の構造を説明する便宜上、振動子２００の上方に設けられるリッド１１９（図３（ｂ）を参照）を取り外した状態を図示している。
【００３４】
図３において、振動子２００は、段差を有する凹部が設けられたパッケージ１１０を有している。パッケージ１１０の凹部の凹底部分には、振動片２０が接合され、パッケージ１１０の開放された上端には、蓋体としてのリッド１１９が接合されている。
【００３５】
パッケージ１１０は、平板状の第１層基板１１１上に、内環状部の大きさが異なる矩形環状の第２層基板１１２および第３層基板１１３がこの順に積層されて構成されることにより、上面側に開口を有し内部に段差が設けられた凹部が形成されている。パッケージ１１０の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなどを用いることができる。
【００３６】
パッケージ１１０の凹部において、第２層基板１１２により形成される段差上には、振動片２０が接合される複数の振動片接続端子１１５が設けられている。また、図示はしないが、パッケージ１１０の外底面となる第１層基板１１１の外底面には、外部基板との接合に供する外部実装端子が設けられている。
このようにパッケージ１１０に設けられた上記の各種端子は、対応する端子どうしが、図示しない引き回し配線やスルーホールなどの層内配線により接続されている。
【００３７】
パッケージ１１０の凹部には、振動片２０が接合されている。具体的には、振動片２０の支持腕３０の一部に設けられた図示しない外部接続電極と、パッケージ１１０の凹部において、第２層基板１１２の突部１１２ａにより形成された段差上に設けられた振動片接続端子１１５と、が位置合わせされ、例えば銀ペーストなどの導電性の接合部材９６により接合されるとともに、電気的に接続されている。これにより、振動片２０が、パッケージ１１０内において、凹部の凹底部分となる第１層基板１１１との間に隙間を空けながら、振動腕２２を自由端として固定される。
【００３８】
図３（ｂ）に示すように、振動片２０が凹部内に接合されたパッケージ１１０の上端には、蓋体としてのリッド１１９が配置され、パッケージ１１０の開口を封鎖している。リッド１１９の材質としては、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）等の金属、セラミックス、あるいはガラスなどを用いることができる。例えば、金属からなるリッド１１９は、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング１１８を介してシーム溶接することによりパッケージ１１０と接合される。パッケージ１１０内に形成される内部空間は、振動片２０が動作するための空間となる。また、この内部空間は、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止されている。
【００３９】
上記構成の振動子２００によれば、上記した構成の振動片２０を備えているので、振動腕２２に設けられた長溝２６ａ，２６ｂによって、振動効率が向上されてＣＩ値の低減が図られるとともに、錘部２９による低周波数化および高Ｑ値化が図られた優れた振動特性を備えた振動子２００を提供することができる。
【００４０】
〔発振器〕
次に、上記の振動片２０を用いた発振器について説明する。
図４は、上記の振動片２０を搭載する発振器の一実施形態を説明するものであり、（ａ）は上側からみた概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図４（ａ）では、発振器の内部の構造を説明する便宜上、発振器３００の上方に設けられるリッド２１９を取り外した状態を図示している。
【００４１】
図４において、発振器３００は、段差を有する凹部が設けられたパッケージ２１０を有している。パッケージ２１０の凹部の凹底部分には、ＩＣチップ１５０と、ＩＣチップ１５０の上方に配置された振動片２０とが接合され、パッケージ２１０の開放された上端には蓋体としてのリッド２１９が接合されている。
【００４２】
パッケージ２１０は、平板状の第１層基板２１１上に、内環状部の大きさが異なる矩形環状の第２層基板２１２、第３層基板２１３、および第４層基板２１４がこの順に積層されて構成されることにより、上面側に開口を有し内部に段差が設けられた凹部が形成されている。パッケージ２１０の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなどを用いることができる。
【００４３】
パッケージ２１０の凹部の凹底部分となる第１層基板２１１上には、ＩＣチップ１５０が配置されるダイパッド２１５が設けられている。なお、図示はしないが、パッケージ２１０の外底面となる第１層基板２１１の外底面（ダイパッド２１５が設けられた面と異なる面）には、外部基板との接合に供する外部実装端子が設けられている。
また、パッケージ２１０の凹部において、第２層基板２１２により形成される段差上には、ＩＣチップ１５０との電気的な接続に供する複数のＩＣ接続端子２１６が設けられている。
さらに、パッケージ２１０の凹部において、第３層基板２１３により形成される段差上には、振動片２０が接合される複数の振動片接続端子２１７が設けられている。
このようにパッケージ２１０に設けられた上記の各種端子は、対応する端子どうしが、図示しない引き回し配線やスルーホールなどの層内配線により接続されている。
【００４４】
ＩＣチップ１５０は、振動片２０を発振させる発振回路や、温度補償回路などを含む半導体回路素子（回路部）である。ＩＣチップ１５０は、パッケージ２１０の凹部の凹底部分に設けられたダイパッド２１５上に、例えばろう材９５によって接着・固定されている。また、ＩＣチップ１５０とパッケージ２１０とは、本実施形態では、ワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。具体的には、ＩＣチップ１５０に設けられた複数の電極パッド１５５と、パッケージ２１０の対応するＩＣ接続端子２１６とが、ボンディングワイヤー９７により接続されている。
【００４５】
パッケージ２１０の凹部において、ＩＣチップ１５０の上方には、振動片２０が接合されている。具体的には、振動片２０の支持腕３０の一部に設けられた図示しない外部接続電極と、パッケージ２１０の凹部において第３層基板２１３の突部２１３ａにより形成された段差上に設けられた振動片接続端子２１７とが位置合わせされ、例えば銀ペーストなどの導電性の接合部材９６により接合されるとともに、電気的に接続されている。これにより、振動片２０が、パッケージ２１０内において、下方に接合されたＩＣチップ１５０との間に隙間を空けながら、振動腕２２を自由端として固定される。
【００４６】
図４（ｂ）に示すように、ＩＣチップ１５０および振動片２０が凹部内に接合されたパッケージ２１０の上端にはリッド２１９が配置され、パッケージ２１０の開口を封鎖している。例えば、金属からなるリッド２１９を用いた場合には、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング２１８を介してシーム溶接することによりパッケージ２１０と接合される。パッケージ２１０内において振動片２０が動作するための空間となる内部空間は、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止されている。
【００４７】
上記構成の発振器３００によれば、上記した構成の振動片２０を備えているので、振動腕２２に設けられた長溝２６ａ，２６ｂによって、振動効率が向上されてＣＩ値の低減が図られるとともに、錘部２９による低周波数化および高Ｑ値化が図られ優れた発振特性を備えた発振器３００を提供することができる。
【００４８】
〔電子機器〕
上記実施形態の振動片２０は、各種の電子機器に適用することができ、これらの電子機器は、信頼性の高いものとなる。なお、本電子機器には、上記実施形態で説明した振動子２００および発振器３００を用いてもよい。図５、および図６は、本発明の電子機器の一例としての携帯電話機を示す。図５は、携帯電話機の外観の概略を示す斜視図であり、図６は、携帯電話機の回路構成を説明する回路ブロック図である。この携帯電話機４００は、振動片２０（図１）を用いた例で説明し、振動片２０の構成、作用については、同一符号を用いるなどして、その説明を省略する。
図５に示すように携帯電話機４００は、表示部であるＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）４０１、数字等の入力部であるキー４０２、マイクロフォン４０３、スピーカー４１１などが設けられている。そして、図６に示すように、携帯電話機４００で送信する場合は、使用者が、自己の声をマイクロフォン４０３に入力すると、信号はパルス幅変調・符号化ブロック４０４と、変調器／復調器ブロック４０５とを経て、さらにトランスミッター４０６、アンテナスイッチ４０７を介して、アンテナ４０８から送信されることになる。
【００４９】
一方、他人の電話機から送信された信号は、アンテナ４０８で受信され、アンテナスイッチ４０７、受信フィルター４０９を経て、レシーバー４１０から変調器／復調器ブロック４０５に入力される。そして、変調又は復調された信号がパルス幅変調・符号化ブロック４０４を経て、スピーカー４１１に声として出力されるようになっている。そして、アンテナスイッチ４０７や変調器／復調器ブロック４０５等を制御するために、コントローラー４１２が設けられている。
このコントローラー４１２は、上述の他に表示部であるＬＣＤ４０１や数字等の入力部であるキー４０２、更にはＲＡＭ４１３やＲＯＭ４１４等も制御するため、高精度であることが求められる。また、携帯電話機４００の小型化の要請もあり、このような要請に合致するものとして、上述の振動片２０が用いられている。なお、携帯電話機４００は、他の構成ブロックとして、温度補償水晶発振器４１５、レシーバー用シンセサイザー４１６、トランスミッター用シンセサイザー４１７などを有しているが、ここでは説明を省略する。
【００５０】
また、本発明の振動片２０を備える電子機器としては、図７に示す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）５００も挙げられる。パーソナルコンピューター５００は、表示部５０１、入力キー部５０２などを備えており、その電気的制御の基準クロックとして上述の振動片２０が用いられている。
【００５１】
このような携帯電話機４００やパーソナルコンピューター５００に用いられている振動片２０は、振動腕２２の基部２１との付け根から先端側までの長さLに占める錘部２９の長さIの割合が３５％〜４１％の範囲に設定されており、振動腕２２の長さを増大させることなく周波数を十分に低く抑えられる効果や、熱弾性損失が小さくなって、Ｑ値の低下を十分に抑えられる効果、が得られ、優れた振動特性を備えることができる。これにより、携帯電話機４００およびパーソナルコンピューター５００は、小型化および高い信頼性を図ることができる。
【００５２】
なお、本発明の振動片２０を備える電子機器としては、前述に加え、例えばディジタルスチールカメラ、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）、フライトシミュレーター等が挙げられる。
【００５３】
以上、本発明の電子機器を、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。例えば、上記実施形態では、電子機器の振動片２０が振動部として一対の振動腕２２を有する場合を例に説明したが、振動腕２２の数は、３つ以上であってもよい。さらに、固定端となる基部を有する１本の振動腕のみにより構成されるビーム型振動片などであってもよい。
【００５４】
また、上記実施形態で説明した振動腕２２は、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）等の発振器の他、ジャイロセンサー等に適用することができる。
【００５５】
そして、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、電子機器に備えることが可能な、屈曲振動モードの振動片２０を例にとって、本発明である、錘部２９の長さ割合を最適に設定して優れた振動特性を奏する効果、について説明した。これに限らず、ねじり振動モードや剪断モードなどの屈曲振動モード以外の振動モードの振動片においても、本発明の特徴的な構成を具備させることにより、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５６】
また、上記実施形態では、基部２１から延出された支持専用の支持腕３０を有するとともに、基部２１から２本の振動腕２２が平行に延出されて形成された所謂音叉型の振動片２０における本発明の一実施形態について説明した。これに限らず、支持腕３０が無い構成の振動片であっても、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５７】
また、上記実施形態では、圧電材料からなる振動片２０、この場合水晶からなる水晶振動片、について説明した。これに限らず、例えば、非圧電材料であるシリコン等からなる振動片であっても、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５８】
２０…振動片、２１…基部、２１ａ…（基部の）第１の部分、２１ｂ…（基部の）第２の部分、２１ｃ…（基部の）接続部分、２２…振動腕、２３…一般部、２４…幅広部、２５…突堤部、２６ａ，２６ｂ…長溝、２９…錘部、３０…支持腕、３２…屈曲部、３３，３４…励振電極、９５…ろう材、９６…導電性の接合部材、９７…ボンディングワイヤー、１１０，２１０…パッケージ、１１１，２１１…第１層基板、１１２，２１２…第２層基板、１１２ａ…突部、１１３，２１３…第３層基板、１１５，２１７…振動片接続端子、１１８，２１８…シールリング、１１９，２１９…リッド、１５０…回路部としてのＩＣチップ、１５５…電極パッド、２００…振動子、２１４…第４層基板、２１５…ダイパッド、３００…発振器、４００…電子機器としての携帯電話機、５００…電子機器としてのパーソナルコンピューター。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動片と、
前記振動片と電気的に接続する回路部と、
を有し、
前記振動片は、
基部と、
前記基部から延出された振動腕と、を有し、
前記振動腕には、前記振動腕の両主面のうち少なくとも一方の主面に沿って開口部を有する有底の長溝が設けられ、
前記振動腕は、前記振動腕の前記基部との付け根とは反対側の先端側に、前記振動腕の前記基部との付け根側よりも幅が広い錘部が設けられ、
前記振動腕の長手方向において、前記基部との付け根から前記先端側までの長さに占める前記錘部の長さの割合が３５％〜４１％の範囲にあることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器において、
前記錘部の前記長さの割合が３６％〜４０％の範囲にあることを特徴とする電子機器。
【請求項３】
請求項２に記載の電子機器において、
前記錘部の前記長さの割合が３７％〜３９％の範囲にあることを特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器において、
前記振動片は、
前記基部から延出された２つの前記振動腕と、
前記基部の２つの前記振動腕の間から、前記振動腕の前記長手方向に沿って延出して設けられている支持腕と、
を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器において、
前記振動片の前記基部と前記振動腕とが水晶により形成されていることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器において、
前記振動片が屈曲振動モードを呈する屈曲振動片であることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
振動片と、
前記振動片と電気的に接続する回路部と、
を有し、
前記振動片は、
基部と、
前記基部から延出された振動腕と、を有し、
前記振動腕には、前記振動腕の両主面のうち少なくとも一方の主面に沿って開口部を有する有底の長溝が設けられ、
前記振動腕は、前記振動腕の前記基部との付け根とは反対側の先端側に、前記振動腕の前記基部との付け根側よりも幅が広い錘部が設けられ、
前記振動腕の長手方向において、前記基部との付け根から前記先端側までの長さに占める前記錘部の長さの割合が３５％〜４１％の範囲にあることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器において、
前記錘部の前記長さの割合が３６％〜４０％の範囲にあることを特徴とする電子機器。
【請求項３】
請求項２に記載の電子機器において、
前記錘部の前記長さの割合が３７％〜３９％の範囲にあることを特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器において、
前記振動片は、
前記基部から延出された２つの前記振動腕と、
前記基部の２つの前記振動腕の間から、前記振動腕の前記長手方向に沿って延出して設けられている支持腕と、
を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器において、
前記振動片の前記基部と前記振動腕とが水晶により形成されていることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器において、
前記振動片が屈曲振動モードを呈する屈曲振動片であることを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２９９０４（Ｐ２０１２−１２９９０４Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８１３３６（Ｐ２０１０−２８１３３６）
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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