振动片、振子、振荡器、传感器以及电子设备的制作方法
振动片、振子、振荡器、传感器以及电子设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供振动片、振子、振荡器、传感器以及电子设备。振动片具有：基部，在其一端与另一端之间设置有切入部；一对振动臂，在俯视时从基部的一端起沿着第1方向延伸；支撑部，在俯视时与基部的另一端侧连接，振动臂的机械谐振频率f比振动臂的热缓和频率f0大，当设在俯视时切入部的外缘与一对振动臂之间的分叉部的外缘之间的最短距离为基部弯曲宽度Wb，设假想振动臂的臂宽为有效臂宽We时，满足Wb＞We的关系，其中，假想振动臂沿着包含与第1方向交叉的第2方向和振动臂的厚度方向的面的截面形状为矩形，假想振动臂的机械谐振频率与振动臂的机械谐振频率f相等，热弹性损失与振动臂的热弹性损失等价，厚度与振动臂的厚度相同。
【专利说明】振动片、振子、振荡器、传感器以及电子设备
[0001]本发明专利申请是发明名称为“振动器件及电子设备”、申请日为2010年11月10日、申请号为“201010542414.9”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及弯曲振动的振动片、具有该振动片的振子、振荡器、传感器以及电子设备。
【背景技术】
[0003]在专利文献I中公开了一种振动片，该振动片具有基部、和从基部突出形成的振动臂部(以下称作振动臂)，在振动臂上形成有槽部，在基部中形成有切入部。
[0004]此外，在专利文献2中公开了一种音叉型振子(以下称作振动片)，该音叉型振子在设为U字状等的音叉前端具有附加值量部分(以下称作施重部)，并具有向音叉基部的两外侧横向或横向上方突出的支撑部。
[0005]【专利文献I】日本特开2002- 280870号公报
[0006]【专利文献2】日本实公昭51- 10755号公报
[0007] 专利文献I的振动片通过在基部中形成有切入部，能够缓和从振动臂向基部的漏振，从而能够实现Cl值(Q值)的波动抑制。
[0008]但是，专利文献I的振动片不能通过其结构实现Q值自身的提高。
[0009]专利文献2的振动片在音叉(以下称作振动臂)的前端具有施重部，因此能够实现Q值的提高而不增长振动臂。
[0010]但是，专利文献2的振动片为使支撑部向基部的两外侧横向或横向上方突出的结构，因此难以不使包含支撑部的基部大型化地实现Q值的提高。
【发明内容】
[0011]本发明正是为了解决上述课题的至少一部分而提出的，能够作为如下的形式或者适用例来实现。
[0012][适用例I]本适用例的振动片的特征在于，所述振动片具有:基部，在其一端与另一端之间设置有切入部；一对振动臂，在俯视时该一对振动臂从所述基部的所述一端起沿着第I方向延伸；以及支撑部，在俯视时该支撑部与所述基部的另一端侧连接，所述振动臂的机械谐振频率f比所述振动臂的热缓和频率&大，当设在俯视时所述切入部的外缘与所述一对振动臂之间的分叉部的外缘之间的最短距离为基部弯曲宽度Wb，设假想振动臂的臂宽为有效臂宽We时，满足Wb > We的关系，其中，所述假想振动臂沿着包含与所述第I方向交叉的第2方向和所述振动臂的厚度方向的面的截面形状为矩形，所述假想振动臂的机械谐振频率与所述振动臂的机械谐振频率f相等，热弹性损失与所述振动臂的热弹性损失等价，厚度与所述振动臂的厚度相同。
[0013][适用例2]在上述适用例的振动片中，优选当设伴随所述切入部的所述外缘与所述分叉部的所述外缘之间的弯曲振动而产生的温度差为dOb，设伴随作为与所述一对振动臂之间的连接部的根部在所述第2方向上的两端之间的弯曲振动而产生的温度差为dO时，满足Wb > WeXd0b/d0的关系，其中，dOb < dO。
[0014][适用例3]在上述适用例的振动片中，优选所述一对振动臂在相互处于正反关系的第I主面和第2主面中的至少一个主面上沿着所述第I方向设置有槽部。
[0015][适用例4]在上述适用例的振动片中，优选所述一对振动臂包含施重部和与所述施重部相比配置得更靠基部侧的臂部。
[0016][适用例5]在上述适用例的振动片中，优选所述施重部沿着所述第2方向的宽度比所述臂部宽。
[0017][适用例6]在上述适用例的振动片中，优选所述支撑部具有在俯视时从所述基部的所述另一端侧沿着所述第2方向延伸的第I突出部和在俯视时从所述第I突出部起沿着所述第I方向延伸的第2突出部，该第2突出部沿着所述第2方向与所述振动臂并列设置。
[0018][适用例7]本适用例的振子的特征在于，该振子具有所述振动片和收纳有所述振动片的封装。
[0019][适用例8]在上述适用例的振子中，优选所述支撑部利用由环氧系、硅系、聚酰亚胺系中的任意一者构成的接合材料安装在设于所述封装的电极盘上。
[0020][适用例9]在上述适用例的振子中，优选所述支撑部利用凸块安装在设于所述封装的电极盘上。
[0021][适用例10]本适用例的振荡器的特征在于，该振荡器具有所述振动片和IC芯片。
[0022][适用例11]本适用例的传感器的特征在于，该传感器具有所述振动片。
[0023][适用例12]本适用例的电子设备的特征在于，该电子设备具有所述振动片。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是示出石英振子的概略结构的示意图，Ca)是俯视图，(b)是截面图。
[0025]图2是针对绝热区域进行说明的示意图。
[0026]图3是针对振动臂的有效臂宽进行说明的示意图。
[0027]图4是示出了计算振动臂的有效臂宽的步骤的流程图。
[0028]图5的(a)?(d)是示出各个变形例的石英振子中的石英振动片的变化的示意图。
[0029]图6是示出变形例的石英振子中的石英振动片的变化的示意图。
[0030]标号说明
[0031]1:作为振动器件的石英振子；10:作为振动片的石英振动片；11:基部；12、12':振动臂；12a:分叉部；12b:分叉部的外缘；12c:一端；12d:另一端；13:支撑部；13a:第I突出部；13b:第2突出部；13':延长支撑部；14:切入部；14a:切入部的外缘；15:臂部；15a、15a':端面；16:施重部；17、18:主面；19:槽部；20:封装体；21:内底面；22:封装体基座；23:盖;24:内部电极；25:外底面；26:外部端子；30:导电性粘接剂；110、210、310、410,510:石英振动片；B:振动方向；C:曲线；Le:振动臂的长度;S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70、S80、S90、S100、S110、S120:步骤；t:振动臂的厚度；ff:振动臂的臂宽；ffb:基部弯曲宽度；We:振动臂的有效臂宽。【具体实施方式】
[0032]
【发明者】们鉴于前述课题，为了实现Q值的提高而不增大基部的尺寸(不增大振动片的整体尺寸)，组合专利文献I的振动片和专利文献2的振动片，研究了具有振动臂和基部的改良振动片，振动臂在前端具有施重部，基部具有切入部。
[0033]该改良振动片能够得到某种程度的Q值提高，但是通过
【发明者】们的分析可知，由于以下的阻碍因素产生热弹性损失，从而阻碍了 Q值的进一步提高。
[0034]( I)在弯曲振动中，通过在振动臂的前端具有施重部，在振动臂之间形成的分叉部和基部的切入部上产生的变形相对于在振动臂上产生的变形的比率增大。
[0035](2)由于在分叉部和切入部上产生的变形，感应出相对于基准温度的温度变化。此时，在分叉部和切入部上产生的变形为正负相反的关系(在分叉部和切入部的一方上产生了拉伸应力的情况下，在另一方上产生压缩应力的关系)，因此温度变化在分叉部和切入部中也为正负相反的关系。
[0036](3)由于感应出的分叉部和切入部的彼此正负相反的温度变化，产生热流。
[0037](4)由于产生热流，即从基准温度起的温度变化量随时间减少或者增大，因此在力学上不能取出能够重新转换为变形的能量。
[0038]S卩，上述改良振动片在弯曲振动中，由于在振动臂之间形成的分叉部和基部的切入部上产生的变形而产生热弹性损失，由此阻碍了 Q值的进一步提高。
[0039]因此，
【发明者】们为了抑制热弹性损失、实现Q值的进一步提高，创造了本发明。
[0040]以下，参照【专利附图】
【附图说明】具体实现本发明的实施方式。
[0041](实施方式)
[0042]图1是示出作为振动器件的石英振子的概略结构的示意图。图1的(a)是从盖(盖体)侧俯视的俯视图，图1的(b)是沿图1的(a)中的A — A线的剖视图。此外，在俯视图中，为了方便省略了盖。
[0043]如图1所示，石英振子I具有作为在箭头B方向上进行弯曲振动的振动片的音叉型的石英振动片10、和在内部收纳石英振动片10来进行固定的封装体20。
[0044]石英振动片10具有:基部11 ;一对振动臂12，它们与基部11 一体形成，并从基部11的一端侧彼此大致并行地延伸；以及支撑部13，其与基部11 一体形成，并与基部11的另一端侧连接。
[0045]石英振动片10的基部11在一端侧(振动臂12侧)和另一端侧(设置有振动臂12侧的相反侧)之间具有形成比一端侧的宽度(与振动臂12的长度方向正交方向的尺寸)窄的宽度的一对切入部14。
[0046]石英振动片10的振动臂12具有:臂部15，其位于基部11侧；施重部16，其位于臂部15的基部11侧的相反侧，宽度比臂部15宽；以及槽部19，其沿着臂部15的长度方向形成在臂部15的两个主面17、18上，与振动臂12的长度方向正交的面上的振动臂12的截面形状成为大致H字状。
[0047]石英振动片10的支撑部13在俯视图上，以从基部11的另一端侧绕入一对振动臂12的两侧的方式，沿振动臂12呈大致U字状地延伸，在封装体20的内底面21上固定有其前端附近部分。
[0048]更具体而言，支撑部13具有从基部11的另一端侧沿与振动臂12的长度方向大致正交的方向延伸的第I突出部13a、和从第I突出部13a向振动臂12的延伸方向突出的第2突出部13b。
[0049]封装体20由具有凹部的封装体基座22、和覆盖封装体基座22的凹部的盖23等构成。
[0050]封装体基座22使用对陶瓷生片进行成形烧结而成的氧化铝质烧结体等。此外，盖23使用科瓦铁镍钴合金等金属、玻璃等。
[0051]在封装体基座22的内底面21上形成有一对内部电极24，在封装体基座22的外底面25上形成有一对外部端子26。一对外部端子26经由未图示的内部配线与一对内部电极24连接。
[0052]此外，内部电极24、外部端子26由金属覆膜构成，金属覆膜是通过电镀等在钨等的金属化层上层叠镍、金等各覆膜而成的。
[0053]此外，封装体也可以由平板状的封装体基座和具有凹部的盖等构成。此外，封装体也可以是封装体基座和盖都具有凹部。
[0054]在石英振动片10中，经由混合有金属填充物等的导电性物质的环氧系、硅系、聚酰亚胺系等的导电性粘接剂30，将支撑部13接合到封装体基座22的内部电极24上。
[0055]由此，在石英振动片10中，经由内部电极24使未图示的激励电极与外部端子26电连接。
[0056]此外，作为石英振动片10和内部电极24的接合部件，除了导电性粘接剂以外，还能够使用金凸块或软钎料凸块等导体凸块。
[0057]石英振子I在封装体基座22的内部电极24上接合了石英振动片10后，将盖23接合到封装体基座22上，由此封装体20的内部被气密密封。
[0058]此外，盖23和封装体基座22的接合通过使用了低熔点玻璃、接合的缝焊等进行。
[0059]石英振子I从外部经由外部端子26、内部电极24、导电性粘接剂30、激励电极施加驱动信号，由此石英振动片10以预定的频率(例如32kHz)进行振荡(谐振)。
[0060]石英振动片10被设定为机械谐振频率f比热缓和频率&大(f > &)。由此，石英振动片10在绝热区域上进行弯曲振动。
[0061]此处，针对绝热区域说明概要。图2是针对绝热区域进行说明的示意图。
[0062]根据一般在由于温度差而产生的固体的内部摩擦的情况下众所周知的变形与应力的关系式，认为热弹性损失(由于在弯曲振动的振动片的压缩部和拉伸部之间产生的热传导而产生的振动能的损失)在弯曲振动模式的振动片中，在振动数(频率)变化时，Q值根据缓和振动数fm= 1/2 π τ (此处，τ是缓和时间，是到基本不产生热流为止的时间，即到热变为平衡状态为止的时间)而达到极小。
[0063]一般，已知缓和振动数f；利用下式求出。
[0064]fm = 31 k/ (2 P Cpa2)
[0065]其中，Ji表示圆周率，k表示振动臂的振动方向(弯曲振动方向)的热传递率，P表示振动臂的质量密度，Cp表示振动臂的热容量，a表示振动臂的振动方向(弯曲振动方向)的览度。
[0066]一般性表示该Q值与频率的关系时，变成图2所示的曲线C。在图2中，Q值达到极小的频率是热缓和频率f(|。[0067]此外，以f/% = I为界，谐振频率f比热缓和频率&大的、频率高的区域(I < f/f0)是绝热区域，频率低的区域(I > f/f0)是等温区域。
[0068]此外，石英振动片10优选满足下式的关系。
[0069]f>4fJi
[0070]此处，&表示振动臂12以平板结构为基准时的热缓和频率，f\表示以在振动臂12中形成有槽部19的结构为基准时的热缓和频率。
[0071]通过满足该关系，石英振动片10的振动臂12等的形状设定范围比f > f0的关系宽。
[0072]在石英振动片10中，在将切入部14的外缘14a与形成在一对振动臂12之间的分叉部12a的外缘12b之间的最接近距离设为基部弯曲宽度Wb，将与振动臂12的长度方向正交的面上的振动臂12的截面形状置换为热弹性损失等价的相同厚度的矩形形状时的振动臂12'的臂宽设为有效臂宽We，将伴随切入部14的外缘14a与分叉部12a的外缘12b之间的弯曲振动产生的温度差设为dOb，将伴随振动臂12的根部中的臂宽W方向的两端(一端12c、另一端12d)之间的弯曲振动产生的温度差设为dO时，满足Wb > WeXdObMO的关系，其中，d?b < (1Θ。
[0073]此处，针对石英振动片10的振动臂12的有效臂宽We进行说明。
[0074]图3是针对振动臂的有效臂宽进行说明的示意图，图4是示出了计算振动臂的有效臂宽的步骤的流程图。
`[0075]如图3所示，振动臂12的有效臂宽We是指，将与振动臂12的长度方向正交的面上的振动臂12的实际截面形状(此时为大致H字状的截面形状)置换为产生与在该截面形状上产生的热弹性损失相等的热弹性损失，厚度t相同的矩形形状，并且将振动臂12整体置换为棱柱状的振动臂12'时的振动臂12'的臂宽We。
[0076]此外，在置换时将振动臂12 ^的长度Le调整为振动臂12的谐振频率f与振动臂12'的谐振频率fe相等。
[0077]此处，参照图3、图4针对计算振动臂12的有效臂宽We的步骤进行说明。
[0078]步骤SlO:首先，根据实际的振动臂12的形状，将基部11侧的端面15a设为固定条件，计算仅考虑了热弹性损失的Q值Qtl和谐振频率f。此外，使用有限要素法计算Q值。
[0079]步骤S20:接着，将截面形状设为矩形的矩形截面形状的振动臂12'的基部11侧的端面15a,设为固定条件，设定临时的长度Le，计算谐振频率fe。
[0080]步骤S30:接着，确认矩形截面形状的振动臂12'的谐振频率fe是否与在步骤SlO中计算出的实际的振动臂12的谐振频率f相同。
[0081]在相同的情况下，转移到步骤S40，在不同的情况下，转移到步骤S70。
[0082]步骤S40:接着，将矩形截面形状的振动臂12'的基部11侧的端面15a'设为固定条件，计算仅考虑了热弹性损失的Q值Qe。
[0083]步骤S50:接着，确认矩形截面形状的振动臂12'的Q值Qe是否与在步骤SlO中计算出的实际的振动臂12的Q值Qtl相同。
[0084]在相同的情况下，转移到步骤S60，在不同的情况下，转移到步骤S100。
[0085]步骤S60:矩形截面形状的振动臂12'的Q值Qe与实际的振动臂12的Q值Qtl相同，因此用当前的值确定有效臂宽We。[0086]步骤S70:接着，确认矩形截面形状的振动臂12'的谐振频率fe是否大于(高于)实际的振动臂12的谐振频率f。
[0087]在大于的情况下，转移到步骤S80，在小于等于(低于)的情况下，转移到步骤S90。
[0088]步骤S80:将矩形截面形状的振动臂12'的长度Le设定得比当前的值长，并转移到步骤S20。
[0089]步骤S90:将矩形截面形状的振动臂12'的长度Le设定得比当前的值短，并转移到步骤S20。
[0090]步骤SlOO:确认矩形截面形状的振动臂12'的Q值Qe是否大于实际的振动臂12的Q值Q。。
[0091]在大于的情况下，转移到步骤S110，在小于等于的情况下，转移到步骤S120。
[0092]步骤SllO:将矩形截面形状的振动臂12'的臂宽(有效臂宽)We设定得比当前的值窄，并转移到步骤S20。
[0093]步骤S120:将矩形截面形状的振动臂12'的臂宽(有效臂宽)We设定得比当前的值宽，并转移到步骤S20。
[0094]如上所述，在到达步骤S60以前，通过执行各步骤来计算石英振动片10的振动臂12的有效臂宽We。
[0095]此处，针对温度比(d O b/d O )进行说明。
[0096]通过测定伴随石英振动片10的弯曲振动的变形，并求出产生了变形的部分的绝对温度和基准绝对温度的差来计算温度差dOb、dO。
[0097]用日本特开平10 - 185526号公报公开的测定方法、或通过激光多普勒装置等测定石英振动片10的位移的空间分布的方法来测定石英振动片10的变形。
[0098]变形Skl是位移的空间微分，因此用下述式子表示。
[0099]
【权利要求】
1.一种振动片，其特征在于，该振动片具有: 基部，在其一端与另一端之间设置有切入部； 一对振动臂，在俯视时该一对振动臂从所述基部的所述一端起沿着第I方向延伸；以及 支撑部，在俯视时该支撑部与所述基部的另一端侧连接， 所述振动臂的机械谐振频率f比所述振动臂的热缓和频率fo大， 当设在俯视时所述切入部的外缘与所述一对振动臂之间的分叉部的外缘之间的最短距离为基部弯曲宽度Wb，设假想振动臂的臂宽为有效臂宽We时，满足Wb > We的关系，其中，所述假想振动臂沿着包含与所述第I方向交叉的第2方向和所述振动臂的厚度方向的面的截面形状为矩形，所述假想振动臂的机械谐振频率与所述振动臂的机械谐振频率f相等，热弹性损失与所述振动臂的热弹性损失等价，厚度与所述振动臂的厚度相同。
2.根据权利要求1所述的振动片，其特征在于， 当设伴随所述切入部的所述外缘与所述分叉部的所述外缘之间的弯曲振动而产生的温度差为dOb，设伴随作为与所述一对振动臂之间的连接部的根部在所述第2方向上的两端之间的弯曲振动而产生的温度差为dO时，满足Wb > WeXdOb/dO的关系，其中，dOb< dO。
3.根据权利要求1或2所述的振动片，其特征在于， 所述一对振动臂在相互处于正反关系的第I主面和第2主面中的至少一个主面上沿着所述第I方向设置有槽部。
4.根据权利要求3所述的振动片，其特征在于， 所述一对振动臂包含施重部和与所述施重部相比配置得更靠基部侧的臂部。
5.根据权利要求4所述的振动片，其特征在于， 所述施重部沿着所述第2方向的宽度比所述臂部宽。
6.根据权利要求1或2所述的振动片，其特征在于， 所述支撑部具有在俯视时从所述基部的所述另一端侧沿着所述第2方向延伸的第I突出部和在俯视时从所述第I突出部起沿着所述第I方向延伸的第2突出部，该第2突出部沿着所述第2方向与所述振动臂并列设置。
7.一种振子，其特征在于，该振子具有权利要求1或2所述的振动片和收纳有所述振动片的封装。
8.根据权利要求7所述的振子，其特征在于， 所述支撑部利用由环氧系、硅系、聚酰亚胺系中的任意一者构成的接合材料安装在设于所述封装的电极盘上。
9.根据权利要求7所述的振子，其特征在于， 所述支撑部利用凸块安装在设于所述封装的电极盘上。
10.一种振荡器，其特征在于，该振荡器具有权利要求1或2所述的振动片和IC芯片。
11.一种传感器，其特征在于，该传感器具有权利要求1或2所述的振动片。
12.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1或2所述的振动片。
【文档编号】H03H9/15GK103731118SQ201410012335
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2010年11月10日 优先权日:2009年11月11日
【发明者】山田明法 申请人:精工爱普生株式会社
【专利摘要】本发明提供振动片、振子、振荡器、传感器以及电子设备。振动片具有：基部，在其一端与另一端之间设置有切入部；一对振动臂，在俯视时从基部的一端起沿着第1方向延伸；支撑部，在俯视时与基部的另一端侧连接，振动臂的机械谐振频率f比振动臂的热缓和频率f0大，当设在俯视时切入部的外缘与一对振动臂之间的分叉部的外缘之间的最短距离为基部弯曲宽度Wb，设假想振动臂的臂宽为有效臂宽We时，满足Wb＞We的关系，其中，假想振动臂沿着包含与第1方向交叉的第2方向和振动臂的厚度方向的面的截面形状为矩形，假想振动臂的机械谐振频率与振动臂的机械谐振频率f相等，热弹性损失与振动臂的热弹性损失等价，厚度与振动臂的厚度相同。
【专利说明】振动片、振子、振荡器、传感器以及电子设备
[0001]本发明专利申请是发明名称为“振动器件及电子设备”、申请日为2010年11月10日、申请号为“201010542414.9”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及弯曲振动的振动片、具有该振动片的振子、振荡器、传感器以及电子设备。
【背景技术】
[0003]在专利文献I中公开了一种振动片，该振动片具有基部、和从基部突出形成的振动臂部(以下称作振动臂)，在振动臂上形成有槽部，在基部中形成有切入部。
[0004]此外，在专利文献2中公开了一种音叉型振子(以下称作振动片)，该音叉型振子在设为U字状等的音叉前端具有附加值量部分(以下称作施重部)，并具有向音叉基部的两外侧横向或横向上方突出的支撑部。
[0005]【专利文献I】日本特开2002- 280870号公报
[0006]【专利文献2】日本实公昭51- 10755号公报
[0007] 专利文献I的振动片通过在基部中形成有切入部，能够缓和从振动臂向基部的漏振，从而能够实现Cl值(Q值)的波动抑制。
[0008]但是，专利文献I的振动片不能通过其结构实现Q值自身的提高。
[0009]专利文献2的振动片在音叉(以下称作振动臂)的前端具有施重部，因此能够实现Q值的提高而不增长振动臂。
[0010]但是，专利文献2的振动片为使支撑部向基部的两外侧横向或横向上方突出的结构，因此难以不使包含支撑部的基部大型化地实现Q值的提高。
【发明内容】
[0011]本发明正是为了解决上述课题的至少一部分而提出的，能够作为如下的形式或者适用例来实现。
[0012][适用例I]本适用例的振动片的特征在于，所述振动片具有:基部，在其一端与另一端之间设置有切入部；一对振动臂，在俯视时该一对振动臂从所述基部的所述一端起沿着第I方向延伸；以及支撑部，在俯视时该支撑部与所述基部的另一端侧连接，所述振动臂的机械谐振频率f比所述振动臂的热缓和频率&大，当设在俯视时所述切入部的外缘与所述一对振动臂之间的分叉部的外缘之间的最短距离为基部弯曲宽度Wb，设假想振动臂的臂宽为有效臂宽We时，满足Wb > We的关系，其中，所述假想振动臂沿着包含与所述第I方向交叉的第2方向和所述振动臂的厚度方向的面的截面形状为矩形，所述假想振动臂的机械谐振频率与所述振动臂的机械谐振频率f相等，热弹性损失与所述振动臂的热弹性损失等价，厚度与所述振动臂的厚度相同。
[0013][适用例2]在上述适用例的振动片中，优选当设伴随所述切入部的所述外缘与所述分叉部的所述外缘之间的弯曲振动而产生的温度差为dOb，设伴随作为与所述一对振动臂之间的连接部的根部在所述第2方向上的两端之间的弯曲振动而产生的温度差为dO时，满足Wb > WeXd0b/d0的关系，其中，dOb < dO。
[0014][适用例3]在上述适用例的振动片中，优选所述一对振动臂在相互处于正反关系的第I主面和第2主面中的至少一个主面上沿着所述第I方向设置有槽部。
[0015][适用例4]在上述适用例的振动片中，优选所述一对振动臂包含施重部和与所述施重部相比配置得更靠基部侧的臂部。
[0016][适用例5]在上述适用例的振动片中，优选所述施重部沿着所述第2方向的宽度比所述臂部宽。
[0017][适用例6]在上述适用例的振动片中，优选所述支撑部具有在俯视时从所述基部的所述另一端侧沿着所述第2方向延伸的第I突出部和在俯视时从所述第I突出部起沿着所述第I方向延伸的第2突出部，该第2突出部沿着所述第2方向与所述振动臂并列设置。
[0018][适用例7]本适用例的振子的特征在于，该振子具有所述振动片和收纳有所述振动片的封装。
[0019][适用例8]在上述适用例的振子中，优选所述支撑部利用由环氧系、硅系、聚酰亚胺系中的任意一者构成的接合材料安装在设于所述封装的电极盘上。
[0020][适用例9]在上述适用例的振子中，优选所述支撑部利用凸块安装在设于所述封装的电极盘上。
[0021][适用例10]本适用例的振荡器的特征在于，该振荡器具有所述振动片和IC芯片。
[0022][适用例11]本适用例的传感器的特征在于，该传感器具有所述振动片。
[0023][适用例12]本适用例的电子设备的特征在于，该电子设备具有所述振动片。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是示出石英振子的概略结构的示意图，Ca)是俯视图，(b)是截面图。
[0025]图2是针对绝热区域进行说明的示意图。
[0026]图3是针对振动臂的有效臂宽进行说明的示意图。
[0027]图4是示出了计算振动臂的有效臂宽的步骤的流程图。
[0028]图5的(a)?(d)是示出各个变形例的石英振子中的石英振动片的变化的示意图。
[0029]图6是示出变形例的石英振子中的石英振动片的变化的示意图。
[0030]标号说明
[0031]1:作为振动器件的石英振子；10:作为振动片的石英振动片；11:基部；12、12':振动臂；12a:分叉部；12b:分叉部的外缘；12c:一端；12d:另一端；13:支撑部；13a:第I突出部；13b:第2突出部；13':延长支撑部；14:切入部；14a:切入部的外缘；15:臂部；15a、15a':端面；16:施重部；17、18:主面；19:槽部；20:封装体；21:内底面；22:封装体基座；23:盖;24:内部电极；25:外底面；26:外部端子；30:导电性粘接剂；110、210、310、410,510:石英振动片；B:振动方向；C:曲线；Le:振动臂的长度;S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70、S80、S90、S100、S110、S120:步骤；t:振动臂的厚度；ff:振动臂的臂宽；ffb:基部弯曲宽度；We:振动臂的有效臂宽。【具体实施方式】
[0032]
【发明者】们鉴于前述课题，为了实现Q值的提高而不增大基部的尺寸(不增大振动片的整体尺寸)，组合专利文献I的振动片和专利文献2的振动片，研究了具有振动臂和基部的改良振动片，振动臂在前端具有施重部，基部具有切入部。
[0033]该改良振动片能够得到某种程度的Q值提高，但是通过
【发明者】们的分析可知，由于以下的阻碍因素产生热弹性损失，从而阻碍了 Q值的进一步提高。
[0034]( I)在弯曲振动中，通过在振动臂的前端具有施重部，在振动臂之间形成的分叉部和基部的切入部上产生的变形相对于在振动臂上产生的变形的比率增大。
[0035](2)由于在分叉部和切入部上产生的变形，感应出相对于基准温度的温度变化。此时，在分叉部和切入部上产生的变形为正负相反的关系(在分叉部和切入部的一方上产生了拉伸应力的情况下，在另一方上产生压缩应力的关系)，因此温度变化在分叉部和切入部中也为正负相反的关系。
[0036](3)由于感应出的分叉部和切入部的彼此正负相反的温度变化，产生热流。
[0037](4)由于产生热流，即从基准温度起的温度变化量随时间减少或者增大，因此在力学上不能取出能够重新转换为变形的能量。
[0038]S卩，上述改良振动片在弯曲振动中，由于在振动臂之间形成的分叉部和基部的切入部上产生的变形而产生热弹性损失，由此阻碍了 Q值的进一步提高。
[0039]因此，
【发明者】们为了抑制热弹性损失、实现Q值的进一步提高，创造了本发明。
[0040]以下，参照【专利附图】
【附图说明】具体实现本发明的实施方式。
[0041](实施方式)
[0042]图1是示出作为振动器件的石英振子的概略结构的示意图。图1的(a)是从盖(盖体)侧俯视的俯视图，图1的(b)是沿图1的(a)中的A — A线的剖视图。此外，在俯视图中，为了方便省略了盖。
[0043]如图1所示，石英振子I具有作为在箭头B方向上进行弯曲振动的振动片的音叉型的石英振动片10、和在内部收纳石英振动片10来进行固定的封装体20。
[0044]石英振动片10具有:基部11 ;一对振动臂12，它们与基部11 一体形成，并从基部11的一端侧彼此大致并行地延伸；以及支撑部13，其与基部11 一体形成，并与基部11的另一端侧连接。
[0045]石英振动片10的基部11在一端侧(振动臂12侧)和另一端侧(设置有振动臂12侧的相反侧)之间具有形成比一端侧的宽度(与振动臂12的长度方向正交方向的尺寸)窄的宽度的一对切入部14。
[0046]石英振动片10的振动臂12具有:臂部15，其位于基部11侧；施重部16，其位于臂部15的基部11侧的相反侧，宽度比臂部15宽；以及槽部19，其沿着臂部15的长度方向形成在臂部15的两个主面17、18上，与振动臂12的长度方向正交的面上的振动臂12的截面形状成为大致H字状。
[0047]石英振动片10的支撑部13在俯视图上，以从基部11的另一端侧绕入一对振动臂12的两侧的方式，沿振动臂12呈大致U字状地延伸，在封装体20的内底面21上固定有其前端附近部分。
[0048]更具体而言，支撑部13具有从基部11的另一端侧沿与振动臂12的长度方向大致正交的方向延伸的第I突出部13a、和从第I突出部13a向振动臂12的延伸方向突出的第2突出部13b。
[0049]封装体20由具有凹部的封装体基座22、和覆盖封装体基座22的凹部的盖23等构成。
[0050]封装体基座22使用对陶瓷生片进行成形烧结而成的氧化铝质烧结体等。此外，盖23使用科瓦铁镍钴合金等金属、玻璃等。
[0051]在封装体基座22的内底面21上形成有一对内部电极24，在封装体基座22的外底面25上形成有一对外部端子26。一对外部端子26经由未图示的内部配线与一对内部电极24连接。
[0052]此外，内部电极24、外部端子26由金属覆膜构成，金属覆膜是通过电镀等在钨等的金属化层上层叠镍、金等各覆膜而成的。
[0053]此外，封装体也可以由平板状的封装体基座和具有凹部的盖等构成。此外，封装体也可以是封装体基座和盖都具有凹部。
[0054]在石英振动片10中，经由混合有金属填充物等的导电性物质的环氧系、硅系、聚酰亚胺系等的导电性粘接剂30，将支撑部13接合到封装体基座22的内部电极24上。
[0055]由此，在石英振动片10中，经由内部电极24使未图示的激励电极与外部端子26电连接。
[0056]此外，作为石英振动片10和内部电极24的接合部件，除了导电性粘接剂以外，还能够使用金凸块或软钎料凸块等导体凸块。
[0057]石英振子I在封装体基座22的内部电极24上接合了石英振动片10后，将盖23接合到封装体基座22上，由此封装体20的内部被气密密封。
[0058]此外，盖23和封装体基座22的接合通过使用了低熔点玻璃、接合的缝焊等进行。
[0059]石英振子I从外部经由外部端子26、内部电极24、导电性粘接剂30、激励电极施加驱动信号，由此石英振动片10以预定的频率(例如32kHz)进行振荡(谐振)。
[0060]石英振动片10被设定为机械谐振频率f比热缓和频率&大(f > &)。由此，石英振动片10在绝热区域上进行弯曲振动。
[0061]此处，针对绝热区域说明概要。图2是针对绝热区域进行说明的示意图。
[0062]根据一般在由于温度差而产生的固体的内部摩擦的情况下众所周知的变形与应力的关系式，认为热弹性损失(由于在弯曲振动的振动片的压缩部和拉伸部之间产生的热传导而产生的振动能的损失)在弯曲振动模式的振动片中，在振动数(频率)变化时，Q值根据缓和振动数fm= 1/2 π τ (此处，τ是缓和时间，是到基本不产生热流为止的时间，即到热变为平衡状态为止的时间)而达到极小。
[0063]一般，已知缓和振动数f；利用下式求出。
[0064]fm = 31 k/ (2 P Cpa2)
[0065]其中，Ji表示圆周率，k表示振动臂的振动方向(弯曲振动方向)的热传递率，P表示振动臂的质量密度，Cp表示振动臂的热容量，a表示振动臂的振动方向(弯曲振动方向)的览度。
[0066]一般性表示该Q值与频率的关系时，变成图2所示的曲线C。在图2中，Q值达到极小的频率是热缓和频率f(|。[0067]此外，以f/% = I为界，谐振频率f比热缓和频率&大的、频率高的区域(I < f/f0)是绝热区域，频率低的区域(I > f/f0)是等温区域。
[0068]此外，石英振动片10优选满足下式的关系。
[0069]f>4fJi
[0070]此处，&表示振动臂12以平板结构为基准时的热缓和频率，f\表示以在振动臂12中形成有槽部19的结构为基准时的热缓和频率。
[0071]通过满足该关系，石英振动片10的振动臂12等的形状设定范围比f > f0的关系宽。
[0072]在石英振动片10中，在将切入部14的外缘14a与形成在一对振动臂12之间的分叉部12a的外缘12b之间的最接近距离设为基部弯曲宽度Wb，将与振动臂12的长度方向正交的面上的振动臂12的截面形状置换为热弹性损失等价的相同厚度的矩形形状时的振动臂12'的臂宽设为有效臂宽We，将伴随切入部14的外缘14a与分叉部12a的外缘12b之间的弯曲振动产生的温度差设为dOb，将伴随振动臂12的根部中的臂宽W方向的两端(一端12c、另一端12d)之间的弯曲振动产生的温度差设为dO时，满足Wb > WeXdObMO的关系，其中，d?b < (1Θ。
[0073]此处，针对石英振动片10的振动臂12的有效臂宽We进行说明。
[0074]图3是针对振动臂的有效臂宽进行说明的示意图，图4是示出了计算振动臂的有效臂宽的步骤的流程图。
`[0075]如图3所示，振动臂12的有效臂宽We是指，将与振动臂12的长度方向正交的面上的振动臂12的实际截面形状(此时为大致H字状的截面形状)置换为产生与在该截面形状上产生的热弹性损失相等的热弹性损失，厚度t相同的矩形形状，并且将振动臂12整体置换为棱柱状的振动臂12'时的振动臂12'的臂宽We。
[0076]此外，在置换时将振动臂12 ^的长度Le调整为振动臂12的谐振频率f与振动臂12'的谐振频率fe相等。
[0077]此处，参照图3、图4针对计算振动臂12的有效臂宽We的步骤进行说明。
[0078]步骤SlO:首先，根据实际的振动臂12的形状，将基部11侧的端面15a设为固定条件，计算仅考虑了热弹性损失的Q值Qtl和谐振频率f。此外，使用有限要素法计算Q值。
[0079]步骤S20:接着，将截面形状设为矩形的矩形截面形状的振动臂12'的基部11侧的端面15a,设为固定条件，设定临时的长度Le，计算谐振频率fe。
[0080]步骤S30:接着，确认矩形截面形状的振动臂12'的谐振频率fe是否与在步骤SlO中计算出的实际的振动臂12的谐振频率f相同。
[0081]在相同的情况下，转移到步骤S40，在不同的情况下，转移到步骤S70。
[0082]步骤S40:接着，将矩形截面形状的振动臂12'的基部11侧的端面15a'设为固定条件，计算仅考虑了热弹性损失的Q值Qe。
[0083]步骤S50:接着，确认矩形截面形状的振动臂12'的Q值Qe是否与在步骤SlO中计算出的实际的振动臂12的Q值Qtl相同。
[0084]在相同的情况下，转移到步骤S60，在不同的情况下，转移到步骤S100。
[0085]步骤S60:矩形截面形状的振动臂12'的Q值Qe与实际的振动臂12的Q值Qtl相同，因此用当前的值确定有效臂宽We。[0086]步骤S70:接着，确认矩形截面形状的振动臂12'的谐振频率fe是否大于(高于)实际的振动臂12的谐振频率f。
[0087]在大于的情况下，转移到步骤S80，在小于等于(低于)的情况下，转移到步骤S90。
[0088]步骤S80:将矩形截面形状的振动臂12'的长度Le设定得比当前的值长，并转移到步骤S20。
[0089]步骤S90:将矩形截面形状的振动臂12'的长度Le设定得比当前的值短，并转移到步骤S20。
[0090]步骤SlOO:确认矩形截面形状的振动臂12'的Q值Qe是否大于实际的振动臂12的Q值Q。。
[0091]在大于的情况下，转移到步骤S110，在小于等于的情况下，转移到步骤S120。
[0092]步骤SllO:将矩形截面形状的振动臂12'的臂宽(有效臂宽)We设定得比当前的值窄，并转移到步骤S20。
[0093]步骤S120:将矩形截面形状的振动臂12'的臂宽(有效臂宽)We设定得比当前的值宽，并转移到步骤S20。
[0094]如上所述，在到达步骤S60以前，通过执行各步骤来计算石英振动片10的振动臂12的有效臂宽We。
[0095]此处，针对温度比(d O b/d O )进行说明。
[0096]通过测定伴随石英振动片10的弯曲振动的变形，并求出产生了变形的部分的绝对温度和基准绝对温度的差来计算温度差dOb、dO。
[0097]用日本特开平10 - 185526号公报公开的测定方法、或通过激光多普勒装置等测定石英振动片10的位移的空间分布的方法来测定石英振动片10的变形。
[0098]变形Skl是位移的空间微分，因此用下述式子表示。
[0099]
【权利要求】
1.一种振动片，其特征在于，该振动片具有: 基部，在其一端与另一端之间设置有切入部； 一对振动臂，在俯视时该一对振动臂从所述基部的所述一端起沿着第I方向延伸；以及 支撑部，在俯视时该支撑部与所述基部的另一端侧连接， 所述振动臂的机械谐振频率f比所述振动臂的热缓和频率fo大， 当设在俯视时所述切入部的外缘与所述一对振动臂之间的分叉部的外缘之间的最短距离为基部弯曲宽度Wb，设假想振动臂的臂宽为有效臂宽We时，满足Wb > We的关系，其中，所述假想振动臂沿着包含与所述第I方向交叉的第2方向和所述振动臂的厚度方向的面的截面形状为矩形，所述假想振动臂的机械谐振频率与所述振动臂的机械谐振频率f相等，热弹性损失与所述振动臂的热弹性损失等价，厚度与所述振动臂的厚度相同。
2.根据权利要求1所述的振动片，其特征在于， 当设伴随所述切入部的所述外缘与所述分叉部的所述外缘之间的弯曲振动而产生的温度差为dOb，设伴随作为与所述一对振动臂之间的连接部的根部在所述第2方向上的两端之间的弯曲振动而产生的温度差为dO时，满足Wb > WeXdOb/dO的关系，其中，dOb< dO。
3.根据权利要求1或2所述的振动片，其特征在于， 所述一对振动臂在相互处于正反关系的第I主面和第2主面中的至少一个主面上沿着所述第I方向设置有槽部。
4.根据权利要求3所述的振动片，其特征在于， 所述一对振动臂包含施重部和与所述施重部相比配置得更靠基部侧的臂部。
5.根据权利要求4所述的振动片，其特征在于， 所述施重部沿着所述第2方向的宽度比所述臂部宽。
6.根据权利要求1或2所述的振动片，其特征在于， 所述支撑部具有在俯视时从所述基部的所述另一端侧沿着所述第2方向延伸的第I突出部和在俯视时从所述第I突出部起沿着所述第I方向延伸的第2突出部，该第2突出部沿着所述第2方向与所述振动臂并列设置。
7.一种振子，其特征在于，该振子具有权利要求1或2所述的振动片和收纳有所述振动片的封装。
8.根据权利要求7所述的振子，其特征在于， 所述支撑部利用由环氧系、硅系、聚酰亚胺系中的任意一者构成的接合材料安装在设于所述封装的电极盘上。
9.根据权利要求7所述的振子，其特征在于， 所述支撑部利用凸块安装在设于所述封装的电极盘上。
10.一种振荡器，其特征在于，该振荡器具有权利要求1或2所述的振动片和IC芯片。
11.一种传感器，其特征在于，该传感器具有权利要求1或2所述的振动片。
12.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1或2所述的振动片。
【文档编号】H03H9/15GK103731118SQ201410012335
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2010年11月10日 优先权日:2009年11月11日
【发明者】山田明法 申请人:精工爱普生株式会社
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