JP5168464B2 - Vibrating piece, vibrator, and oscillator - Google Patents
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Description
本発明は、振動片と、これを搭載した振動子、並びに発振器に係り、特に水晶素板に凸状の肉厚部を有する、いわゆるメサ構造の振動片、及び当該振動片を搭載した振動子、並びに発振器に関する。 Vibrator invention, in which the resonator element, which equipped with vibrators, and relates to an oscillator, in particular a convex thick portion on the quartz crystal substrate, vibrating piece of the so-called mesa structure, and equipped with the resonator element And an oscillator .
広い温度帯域で安定した発振を担うことができる周波数温度特性が良好な振動子として、水晶振動片を利用したものが知られている。特に、ATカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶素板を用いた水晶振動片は、周波数温度特性が3次曲線を示すとともに、量産性にも優れていることより、多くの電子機器の発振源として採用されている。 A resonator using a crystal vibrating piece is known as a resonator having good frequency temperature characteristics capable of carrying out stable oscillation in a wide temperature band. In particular, a crystal resonator element using a quartz base plate cut at a cut angle called AT cut exhibits frequency-temperature characteristics as a cubic curve and is excellent in mass productivity. Adopted as a source.
このようなATカットの水晶素板を用いた水晶振動片では従来より、主振動である厚み滑り振動に対し、不要振動である屈曲振動や、幅滑り振動(輪郭滑り振動)等が重畳し、振動特性を劣化させるといった問題があった。
このような問題を解決するための手段は種々提案されており、例えば水晶素板の外形形状により不要振動の抑圧を図るものや(特許文献1、2参照)、水晶素板の表面形状により不要振動の抑圧を図るもの(特許文献3参照)等を挙げる事ができる。
Conventionally, a quartz crystal vibrating piece using such an AT-cut quartz base plate has a bending vibration, an unnecessary vibration, a width sliding vibration (contour sliding vibration), etc. superimposed on a thickness sliding vibration, which is a main vibration, There was a problem of deteriorating vibration characteristics.
Various means for solving such a problem have been proposed. For example, unnecessary vibration is suppressed by the outer shape of the crystal base plate (see Patent Documents 1 and 2), or unnecessary by the surface shape of the crystal base plate. The thing which suppresses a vibration (refer patent document 3) etc. can be mentioned.
また、ATカットの水晶素板を用いた水晶振動片では、上述した不要振動の抑圧とともに挙げられる課題として、等価直列容量C1と等価並列容量C0との比(C0/C1)で表される容量比γの低下、すなわち周波数感度の向上がある。このような課題を解決する手段としては、主に励振電極の形状による解決が図られ、例えば特許文献1、3、4に開示されている技術などを挙げることができる。
上記特許文献に開示されている水晶振動片の殆どは、代表的な不要振動の中の1つ、あるいは感度の改善のみを図るといったものであり、簡易な構成で不要振動の抑圧と感度の改善、または複数種類の不要振動を総合的に抑圧するといった構成のものは少ない。 Most of the quartz crystal vibrating pieces disclosed in the above-mentioned patent documents are one of typical unnecessary vibrations, or only to improve the sensitivity, and suppression of unnecessary vibration and improvement of sensitivity with a simple configuration. There are few configurations that can suppress a plurality of types of unnecessary vibrations comprehensively.
そこで、本発明では、簡易な構成で、不要振動の抑圧と感度の改善、または複数種類の不要振動を総合的に抑圧することのできる振動片を提供することを目的とする。また、本発明の目的としては、前記振動片を搭載した振動子、または発振器を提供することにもある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a resonator element that can suppress unnecessary vibration and improve sensitivity, or can comprehensively suppress a plurality of types of unnecessary vibration with a simple configuration. Another object of the present invention is to provide a vibrator or an oscillator on which the vibrating piece is mounted.
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
第1の形態の振動片は、厚み滑り振動を主振動として励振し平面視で外形が矩形の振動部、及び平面視で前記振動部の外縁に沿って配置され前記振動部よりも厚みが薄く、平面視で外形が楕円形状である周縁部を含む水晶素板と、前記振動部の主面に設けられている励振電極と、を含み、前記励振電極の縁辺のうち、前記主振動の振動方向に沿った前記励振電極の中心軸と交差する少なくとも一部の縁辺であり、交差する部分を含む当該縁辺が平面視で円弧状であり、前記主振動の振動方向と交差する前記振動部の二つの端部の間の距離をL2とし、前記水晶素板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、(n+1/2)λ−0.1λ≦L2≦(n+1/2)λ+0.1λ、但し、nは正の整数、を満足することを特徴とする。
第2の形態の振動片は、第1の形態において、前記励振電極の外形が平面視で楕円形状であることを特徴とする。
第3の形態の振動片は、第1または第2の形態において、前記水晶素板がATカット水晶であることを特徴とする。
第4の形態の振動子は、第1乃至第3のいずれか1の形態の振動片と、前記振動片が搭載されているパッケージと、を備えていることを特徴とする。
第5の形態の振動子は、第4の形態において、前記パッケージは、真空中及び不活性ガス雰囲気中の何れかで気密封止されていることを特徴とする。
第6の形態の発振器は、第4又は第5の形態の振動子と、当該振動子に搭載されている発振回路と、を備えているにことを特徴とする。
第7の形態の発振器は、第1乃至第3のいずれか1の形態の振動片と、発振回路と、前記振動片及び前記発振回路が搭載されているパッケージと、を備えているにことを特徴とする。
[適用例1]肉厚の振動部と肉薄の周縁部とを有するバイメサ型の水晶振動片であって、振動部の外形形状を矩形とすると共に、前記励振電極と周縁部のうちの少なくとも一方を構成する縁辺のうち、少なくとも長手方向に沿った中心軸と交差する縁辺であり、交差する部分を含む当該縁辺を円弧状に形成し、厚み滑り振動と共に励起される屈曲振動の波長をλとした場合に、前記振動部における長手方向の寸法L2を
このような構成とすることで、振動部により不要振動である屈曲振動の抑圧を図ることができる。また、励振電極の縁辺を円弧状とした場合には感度の向上を図ることができ、周縁部の縁辺を円弧状とした場合には輪郭滑り振動の抑圧を図ることができる。よって、不要振動の抑圧と感度の改善、または複数種類の不要振動を総合的に抑圧することを実現することができる。
さらに、メサ型の水晶振動片では、周波数感度の向上を図るためには、励振電極の形状を振動エネルギーが集中する範囲(振動分布)に沿ったものとすることが望ましく、振動分布は、振動部の形状が理想的な形状に近いほどその範囲が明確となるという発想より、励振電極を楕円形状とする場合には振動部のも楕円形状としていた。また、振動エネルギーを閉じ込めるという面から、振動部を矩形とした場合に、水晶振動片の外形寸法を定める周縁部の形状に円弧部を持たせるという発想自体が存在しなかった。よって、上記構成では、これら従来の発想を覆すことで、簡易な構成で不要振動の抑圧と感度の改善、または複数種類の不要振動を総合的に抑圧することのできる水晶振動片を提供することが可能となる。 The resonator element according to the first embodiment is excited along the thickness-shear vibration as a main vibration and is arranged along the outer periphery of the vibration part in a plan view and the outer edge of the vibration part in a plan view, and is thinner than the vibration part. And a quartz base plate including a peripheral part having an elliptical outer shape in plan view, and an excitation electrode provided on a main surface of the vibration part, and the main vibration of the main electrode is out of the edges of the excitation electrode. The vibration part that is at least a part of the edge that intersects the central axis of the excitation electrode along the vibration direction, and that the edge including the intersecting part has an arc shape in plan view, and intersects the vibration direction of the main vibration (N + 1/2) λ−0.1λ ≦ L2 ≦ (n + 1/2) λ + 0.1λ where L2 is the distance between the two ends of the crystal and λ is the wavelength of the bending vibration generated in the quartz base plate. Where n is a positive integer.
The resonator element according to a second aspect is characterized in that, in the first aspect, an outer shape of the excitation electrode is elliptical in a plan view.
A vibrating element of a third form is characterized in that, in the first or second form, the quartz base plate is an AT-cut quartz.
A vibrator according to a fourth aspect includes the resonator element according to any one of the first to third aspects and a package on which the resonator element is mounted.
According to a fifth aspect of the invention, in the fourth aspect, the package is hermetically sealed in either a vacuum or an inert gas atmosphere.
An oscillator according to a sixth aspect includes the vibrator according to the fourth or fifth aspect and an oscillation circuit mounted on the vibrator.
According to a seventh aspect of the invention, there is provided an oscillator according to any one of the first to third aspects, an oscillation circuit, and a package on which the oscillation piece and the oscillation circuit are mounted. Features.
[Application Example 1] A bimesa type crystal vibrating piece having a thick vibrating portion and a thin peripheral portion, wherein the vibrating portion has a rectangular outer shape, and at least one of the excitation electrode and the peripheral portion Is an edge that intersects at least the central axis along the longitudinal direction, the edge including the intersecting portion is formed in an arc shape, and the wavelength of the bending vibration excited together with the thickness shear vibration is λ The longitudinal dimension L2 of the vibrating part is
A quartz crystal vibrating piece characterized by having dimensions that can be indicated by.
With such a configuration, it is possible to suppress bending vibration, which is unnecessary vibration, by the vibration unit. Further, when the edge of the excitation electrode has an arc shape, the sensitivity can be improved, and when the edge of the peripheral portion has an arc shape, contour slip vibration can be suppressed. Therefore, it is possible to realize suppression of unnecessary vibration and improvement of sensitivity, or comprehensive suppression of a plurality of types of unnecessary vibration.
Further, in the mesa-type quartz vibrating piece, in order to improve the frequency sensitivity, it is desirable that the shape of the excitation electrode be in a range (vibration distribution) where the vibration energy is concentrated. From the idea that the range becomes clearer as the shape of the portion becomes closer to the ideal shape, when the excitation electrode has an elliptical shape, the vibration portion also has an elliptical shape. In addition, from the viewpoint of confining vibration energy, there has been no idea of providing a circular arc portion in the shape of the peripheral edge that defines the external dimensions of the crystal vibrating piece when the vibrating portion is rectangular. Therefore, in the above configuration, by overturning these conventional ideas, it is possible to provide a crystal resonator element that can suppress unnecessary vibration and improve sensitivity or can comprehensively suppress multiple types of unnecessary vibration with a simple configuration. Is possible.
[適用例2]適用例1に記載の水晶振動片であって、前記励振電極における前記縁辺を円弧状に形成したことを特徴とする水晶振動片。
このような特徴を有する水晶振動片であれば、矩形状の励振電極に比べて、励振電極の形状が振動分布の形状に近づくため、感度の向上を図ることができる。よって、不要振動の抑圧と感度の向上の双方を実現することができる。
Application Example 2 The quartz crystal resonator element according to Application Example 1, wherein the edge of the excitation electrode is formed in an arc shape.
With the quartz crystal resonator element having such characteristics, the sensitivity can be improved because the shape of the excitation electrode approaches that of the vibration distribution as compared to the rectangular excitation electrode. Therefore, both suppression of unnecessary vibration and improvement of sensitivity can be realized.
[適用例3]適用例1に記載の水晶振動片であって、前記励振電極の外形形状を楕円形状としたことを特徴とする水晶振動片。
このような特徴を有する水晶振動片であれば、励振電極の形状が振動分布の形状に沿うこととなるため、感度の向上を図ることができる。よって、不要振動の抑圧と感度の向上の双方を実現することができる。
Application Example 3 A quartz crystal resonator element according to Application Example 1, wherein the excitation electrode has an elliptical outer shape.
If the quartz crystal resonator element has such characteristics, the shape of the excitation electrode follows the shape of the vibration distribution, so that the sensitivity can be improved. Therefore, both suppression of unnecessary vibration and improvement of sensitivity can be realized.
[適用例4]適用例1乃至適用例3のいずれかに記載の水晶振動片であって、前記周縁部における前記縁辺を円弧状に形成したことを特徴とする水晶振動片。
このような特徴を有する水晶振動片であれば、周縁部の長手方向縁辺が円弧状となることより、不要振動である輪郭滑り振動の抑圧を図ることができる。また、励振電極における縁辺を円弧状に形成した場合、または励振電極を楕円状に形成した場合には、感度の向上も図ることができる。よって、この場合には、複数種類の不要振動の抑圧と感度の改善との双方を実現することができる。
Application Example 4 The quartz crystal resonator element according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein the edge of the peripheral edge portion is formed in an arc shape.
In the case of the quartz crystal resonator element having such a feature, it is possible to suppress contour slip vibration, which is unnecessary vibration, since the peripheral edge in the longitudinal direction has an arc shape. In addition, when the edge of the excitation electrode is formed in an arc shape, or when the excitation electrode is formed in an elliptical shape, the sensitivity can be improved. Therefore, in this case, it is possible to realize both suppression of unnecessary vibrations and improvement of sensitivity.
[適用例5]適用例1乃至適用例3のいずれかに記載の水晶振動片であって、前記周縁部の外形形状を楕円形状としたことを特徴とする水晶振動片。
このような特徴を有する水晶振動片であれば、周縁部の外形形状を楕円状に形成されていることより、不要振動である輪郭滑り振動の抑圧を図ることができる。また、励振電極における縁辺を円弧状に形成した場合、または励振電極を楕円状に形成した場合には、感度の向上も図ることができる。よって、この場合には、複数種類の不要振動の抑圧と感度の改善との双方を実現することができる。
Application Example 5 The quartz crystal resonator element according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein the outer peripheral shape of the peripheral edge portion is an elliptical shape.
In the case of the quartz crystal resonator element having such a feature, it is possible to suppress contour slip vibration, which is unnecessary vibration, because the outer peripheral shape of the periphery is formed in an elliptical shape. In addition, when the edge of the excitation electrode is formed in an arc shape, or when the excitation electrode is formed in an elliptical shape, the sensitivity can be improved. Therefore, in this case, it is possible to realize both suppression of unnecessary vibrations and improvement of sensitivity.
[適用例6]適用例1乃至適用例5のいずれかに記載の水晶振動片をパッケージに搭載したことを特徴とする水晶振動子。
このような特徴を有する水晶振動子であれば、上記いずれかの適用例に記載した水晶振動片の効果を奏することのできる水晶振動子とすることができる。例えば、周波数感度の向上を図った水晶振動片を搭載した場合には、温度変化に対する周波数調整幅を広くとることが可能となる。また、屈曲振動と輪郭滑り振動といった複数の不要振動を総合的に抑圧可能な水晶振動子を搭載した場合には、主振動に重畳する不要振動が少なく、スプリアスを小さくすることができる。
[Application Example 6] A crystal resonator comprising the crystal resonator element according to any one of Application Examples 1 to 5 mounted in a package.
A crystal resonator having such characteristics can be a crystal resonator capable of producing the effects of the crystal resonator element described in any of the above application examples. For example, in the case where a crystal resonator element with improved frequency sensitivity is mounted, it is possible to widen the frequency adjustment range with respect to temperature changes. In addition, when a crystal resonator capable of comprehensively suppressing a plurality of unnecessary vibrations such as bending vibration and contour sliding vibration is mounted, there is less unnecessary vibration superimposed on the main vibration, and spurious can be reduced.
[適用例7]適用例6に記載の水晶振動子に対して発振回路を搭載したことを特徴とする水晶発振器。
このような特徴を有する水晶発振器であれば、上記適用例に示した水晶振動子の効果を奏することができる。例えば、周波数感度の向上を図った水晶振動片を搭載した水晶振動子では、温度変化に対する発振周波数の調整幅が増加する。したがって、温度補償回路を有する水晶発振器とした場合には、設計の余裕度が増すこととなる。
Application Example 7 A crystal oscillator comprising an oscillation circuit mounted on the crystal resonator according to Application Example 6.
If the crystal oscillator has such characteristics, the effects of the crystal resonator shown in the application example can be obtained. For example, in a crystal resonator on which a crystal resonator element with improved frequency sensitivity is mounted, the adjustment range of the oscillation frequency with respect to temperature change increases. Therefore, in the case of a crystal oscillator having a temperature compensation circuit, the design margin increases.
[適用例8]適用例1乃至適用例5のいずれかに記載の水晶振動片と、発振回路とを単一のパッケージに搭載したことを特徴とする水晶発振器。
このような特徴を有する水晶発振器であれば、上記適用例7に記載の水晶発振器と同様な効果を得ることができる。
Application Example 8 A crystal oscillator comprising the crystal resonator element according to any one of Application Examples 1 to 5 and an oscillation circuit mounted in a single package.
If the crystal oscillator has such characteristics, the same effect as the crystal oscillator described in Application Example 7 can be obtained.
以下、本発明の振動片、振動子、および発振器に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図1を参照して、本発明の振動片に関連する第1の実施形態について説明する。なお、図1は水晶振動片の平面構成を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the resonator element, the vibrator, and the oscillator according to the invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a first embodiment related to the resonator element of the invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a planar configuration of the crystal vibrating piece.
本実施形態に係る水晶振動片10は、水晶素板12と、当該水晶素板12の表裏面に形成された電極とより成る。
本実施形態における水晶素板12は、ATカットと呼ばれるカット角で切り出されたものを用いている。ATカットとは、水晶の結晶軸であるX軸とZ軸とを含む平面(Y面)をX軸回りにZ軸から反時計方向に約35度15分回転させて得られる主面(X軸とZ´軸とを含む主面)を有するように切り出された水晶素板12である。このような構成の水晶素板12では、水晶素板12の長手方向をX軸、短手方向をZ´軸、さらに厚さ方向をY´軸と定めることができる。
The
In the present embodiment, the
また、実施形態に係る水晶素板12は、肉厚に構成された振動部14と、当該振動部14の周囲に配置される肉薄の周縁部16とより構成されるいわゆるメサ型構造を成す。なお、振動部14、周縁部16それぞれの具体的形状は、それぞれ矩形状を成すように形成されている。
Further, the
また、水晶素板12の表裏面に形成される電極は、励振電極20と接続電極24、及び引出し電極22とより成る。前記励振電極20は、振動部14に配設され、電圧を印加されることにより水晶素板12に歪みを生じさせ、振動を励起させる役割を担う。本実施形態に係る励振電極20は、その形状を楕円とし、振動部14の中心に前記楕円の中心を合致させて配設される。厚み滑り振動の振動分布、すなわち振動エネルギーの集中する範囲は略楕円形状であり、振動部14の中心に位置する。このため、励振電極20の外形形状を振動分布に沿った形状とすることで、実際の振動に寄与しない面積が無くなる(少なくなる)。よって、等価並列容量C0/等価直列容量C1で表される容量比γを小さくすることができる。ここで、周波数感度は、負荷容量変化の増加分に対する周波数変化の増加分として定義され、容量比γに依存している。そして、周波数感度は、等価直列容量C1に比例し、容量比γに反比例しているため、容量比γを小さくすることで、周波数感度を向上させることができる。周波数感度を向上させた場合、負荷容量に対する周波数変化の幅を大きくすることができる。なお、等価並列容量C0は励振電極20の面積の増減に依存し、等価直列容量C1は実際に振動に寄与している励振電極20の面積に依存する。また、コルピッツ発振回路を用いて発振させる場合が多いメサ型水晶振動片では、メサ型水晶振動片の誘導性領域を使用する。ところが、メサ型水晶振動片が誘導性となる周波数範囲は、共振周波数に対して極めて狭く、容量比γによってほぼ決まる。このため、容量比γの大きいメサ型振動片は、極めて狭い周波数範囲の中でインダクタンスが急激に変わるので、発振させ難くなってしまう。これに対し、容量比γの小さいメサ型振動片では、周波数範囲が広がるので、インダクタンスが穏やかに変わり、発振させ易いといった特徴を持つ。
The electrodes formed on the front and back surfaces of the
前記接続電極24は、水晶振動片10を基板等(例えば詳細を後述するパッケージベース36)へ実装する際の接合部となる電極であり、接続電極24を介して前記励振電極20への電圧、および前記励振電極20により励起された信号の授受が行われる。本実施形態の場合、周縁部16であって、X軸と直交する端部(縁辺)に沿って配設される。
The
前記引出し電極22は、励振電極20と接続電極24とを電気的に接続するための電極であり、肉厚の振動部14から肉薄の周縁部16にかけての段差を跨いで配設される。
The
上記のような構成要素を有する水晶振動片10では、不要振動として屈曲振動が生ずる。屈曲振動の波長λは、水晶振動片10における振動部14の板厚tにより定まり、周波数fはf=1.67tで表すことができる。また、電極の影響による周波数低下量を考慮した場合には、波長λと周波数fとの関係は、数式1で示すことができる。
また、上記のような構成の水晶振動片10の場合、水晶振動片10の板厚tに対して、水晶振動片10の長辺寸法L1の値が十分に大きいとき(例えば数式2を満足するとき)、次のような関係を満たす事で、屈曲振動の抑圧効果を奏することができる。具体的には、振動部14の長辺寸法、すなわちX軸に沿った方向の寸法L2と、屈曲振動の波長λとの関係であり、この両者の間に数式3の関係が成り立つようにすることで、厚み滑り振動と共に励起される屈曲振動の腹の部分に、X軸方向における振動部14の端部(縁辺)を位置付けることが可能となる。そして、振動部14の縁辺を屈曲振動の腹の部分に位置付けることにより、屈曲振動を抑圧する効果を得ることができる。
ここで、数式3は、X軸方向における振動部の中心を基準として、+X軸方向、−X軸方向についてのそれぞれの寸法を示すものであり、L2全体の寸法については、数式3を変換することで、
本実施形態に係る水晶振動片10は、振動部14を矩形とし、+X軸方向、−X軸方向における端部を屈曲振動の伝播方向と直交する直線として構成している。このため、振動部14全体で屈曲振動の抑圧効果を奏することができる。なお、数式4で付加した公差±0.1λについては、公差範囲内であれば、屈曲振動のエネルギーを主振動である厚み滑り振動のエネルギーの5%未満に抑圧することができるため、同様な効果を奏するものとして付加したものである。
In the quartz
また、実施形態において望ましくは、振動部14と周縁部16との間の段差部の寸法Δtを振動部14の板厚tの30%以下に定めると良い。Δtの値が板厚tの値の30%を超えてしまうと、水晶素板12における長辺寸法の実行長が短くなり、CI値が増大することとなるからである。
In the embodiment, desirably, the dimension Δt of the step portion between the vibrating
上記のような構成の水晶振動片10によれば、励振電極20の形状を楕円としたことにより周波数感度の向上を図ることができると共に、振動部14の形状、寸法を上記のように定めたことにより不要振動(屈曲振動)の抑圧も可能となる。よって、水晶振動子とした場合には、発振周波数の調整範囲を広くとることが可能となる。
According to the quartz
次に、図3を参照して、本実施形態に係る水晶振動片の応用形態について説明する。本形態に係る水晶振動片と上記実施形態に係る水晶振動片との相違点は、励振電極の形状にある。したがって、その構成、機能を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して詳細な説明は省略することとする。 Next, with reference to FIG. 3, an application mode of the quartz crystal resonator element according to this embodiment will be described. The difference between the quartz crystal vibrating piece according to this embodiment and the quartz crystal vibrating piece according to the above embodiment is the shape of the excitation electrode. Therefore, portions having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals in the drawings, and detailed description thereof is omitted.
本形態に係る水晶振動片10における励振電極20は、X軸または水晶振動片10の長手方向に沿った中心軸(不図示)に交差する辺の少なくとも1辺に、凸状の円弧部R1を備えたことを特徴とする。上記実施形態では励振電極20は楕円形状とすることで、等価並列容量C0の上昇を抑え、周波数感度の向上を図っていたが、周波数感度の向上を図るという面では、励振電極20の形状を完全な楕円とする必要性は無く、C0/C1で表される容量比γを小さくしてやれば良い。
The
そして、振動部14における振動分布は楕円形状であり、実際に振動に寄与する励振電極20の形状も楕円形状である。このため、容量比γを小さくするためには、通常は振動部14の外形形状に合わせて矩形に形成される励振電極20の角部をカットし、励振電極20の形状を振動分布の形状に近似させることで、容量比γを減少させることができ、従来に比べて周波数感度の向上を図ることができる。
And the vibration distribution in the
したがって、周波数感度を向上させる観点からは、図3において+X軸側における励振電極20の端部に残した角部は、図4に示すように円弧状にカットし、円弧部R2を構成しても良い。
Therefore, from the viewpoint of improving the frequency sensitivity, the corner portion left at the end of the
次に、図5を参照して、本発明の振動片に関連する第2の実施形態について説明する。
本実施形態に係る水晶振動片における構成要素のほとんどは上述した第1の実施形態に係る水晶振動片と同様である。よって、その機能を同一とする箇所には、図1に付した符号に100を足した符号を付して詳細な説明は省略することとする。
Next, a second embodiment related to the resonator element of the invention will be described with reference to FIG.
Most of the components in the quartz crystal resonator element according to the present embodiment are the same as those of the quartz crystal resonator element according to the first embodiment described above. Accordingly, parts having the same function are denoted by reference numerals obtained by adding 100 to the reference numerals given in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態に係る水晶振動片110と第1の実施形態に係る水晶振動片10との相違点は、水晶素板112における周縁部116の外形形状と、励振電極120の外形形状の違いにある。
具体的には、本実施形態に係る水晶振動片110は、周縁部116を楕円形状としている。周縁部116の外形形状を楕円形状とすることにより、厚み滑り振動を主振動とした場合に不要振動の1つとなる輪郭滑り振動を抑圧するという効果を得ることができる。また、本実施形態に係る水晶振動片110は、励振電極120の形状を矩形としている。この場合、図6に示す励振電極120の長辺寸法L3は、振動部114の長辺寸法L2と不要振動の1つである屈曲振動の波長λとの関係において、数式5が成り立つように定めることが望ましい。
Specifically, in the quartz
ここで、水晶振動片110を構成する周縁部116、並びに励振電極120以外の構成については、上記第1の実施形態に係る水晶振動片10と同様である。すなわち、振動部114および励振電極120の外形形状を互いに矩形とし、X軸方向における両端部が、それぞれ屈曲振動の腹の位置となるように寸法を定めれば良い。また、接続電極124は、+X軸方向における端部寄りに配設し、引出し電極122は、励振電極120と接続電極124とをそれぞれ電気的に接続可能であれば良い。
Here, the configuration other than the
このような構成の水晶振動片110では、周縁部116の外形形状を楕円形状としたことにより、不要振動の1つである輪郭滑り振動を抑圧することが可能となる。また、振動部114、並びに励振電極120の外形形状を矩形に形成したことにより、不要振動の1つである屈曲振動を抑圧することが可能となる。したがって、本実施形態に係る水晶振動片110によれば、複数種類の不要振動を総合的に抑圧することが可能となる。
In the
次に、図7を参照して、本実施形態に係る水晶振動片の応用形態について説明する。本形態に係る水晶振動片と上記実施形態に係る水晶振動片との相違点は、周縁部の外形形状にある。したがって、その構成、機能を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して詳細な説明は省略することとする。 Next, with reference to FIG. 7, an application mode of the quartz crystal resonator element according to this embodiment will be described. The difference between the quartz crystal vibrating piece according to the present embodiment and the quartz crystal vibrating piece according to the above embodiment is the outer shape of the peripheral edge. Therefore, portions having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals in the drawings, and detailed description thereof is omitted.
本形態に係る水晶振動片110における周縁部116は、X軸に交差する辺の少なくとも1辺に、凸状の円弧部R3を備えたことを特徴とする。上記実施形態では周縁部116を楕円とすることで、不要振動である輪郭滑り振動の抑圧を図っていた。しかし、輪郭滑り振動の抑圧を図る上では、周縁部116の形状を完全な楕円とする必要性は無い。
効果の多寡はあるが、輪郭滑り振動は、少なくともX軸と交差する縁辺の1つが直線から外れていれば抑圧することができるからである。
The
Although there are many effects, contour slip vibration can be suppressed if at least one of the edges intersecting the X axis is off the straight line.
次に、図8を参照して、本発明の振動片に係る実施形態について説明する。本実施形態に係る水晶振動片における構成要素のほとんどは上述した第1の関連実施形態、第2の関連実施形態に係る水晶振動片と同様である。よって、その機能を同一とする箇所には、図1に付した符号に200を足した符号を付して詳細な説明は省略することとする。 Next, with reference to FIG. 8, it will be described embodiments of the resonator element of the present invention. Most of the components in the quartz crystal resonator element according to the present embodiment the first related embodiment described above, is similar to the quartz crystal resonator element according to a second related embodiment. Accordingly, parts having the same function are denoted by reference numerals obtained by adding 200 to the reference numerals given in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態に係る水晶振動片210は、上記第1の関連実施形態に係る水晶振動片10の特徴的構成と、上記第2の関連実施形態に係る水晶振動片110の特徴的構成とを併せ持つ点を特徴としている。
具体的には、振動部214の外形形状を矩形とし、励振電極220と周縁部216の外形形状をそれぞれ楕円形状としたことを特徴としている。ここで、振動部214の形成条件は、上述した第1の関連実施形態に係る水晶振動片10と同様である。また、振動部214と励振電極220との関係も、第1の関連実施形態に係る水晶振動片10と同様である。一方、周縁部216の形成条件は、第2の関連実施形態に係る水晶振動片110と同様である。
The
Specifically, the outer shape of the vibrating
このような特徴を有する水晶振動片210では、励振電極220の形状により周波数感度の向上を図ることができる。また、振動部214の形状、寸法により、不要振動の1つである屈曲振動の抑圧ができる。さらに、周縁部216の形状により、不要振動の1つである輪郭滑り振動の抑圧ができる。よって、周波数感度の向上を図りつつ、スプリアスの低減も図ることができる。
In the
次に、図9を参照して、本実施形態に係る水晶振動片に関連する第1の応用形態について説明する。本形態に係る水晶振動片と上記実施形態に係る水晶振動片との相違点は、励振電極の形状にある。したがって、その構成、機能を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して詳細な説明は省略することとする。 Next, with reference to FIG. 9, the 1st application form relevant to the quartz crystal vibrating piece which concerns on this embodiment is demonstrated. The difference between the quartz crystal vibrating piece according to this embodiment and the quartz crystal vibrating piece according to the above embodiment is the shape of the excitation electrode. Therefore, portions having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals in the drawings, and detailed description thereof is omitted.
本形態に係る水晶振動片210における励振電極220は、X軸に交差する辺の少なくとも1辺に、凸状の円弧部R1を備えたことを特徴とする。上記実施形態では励振電極は楕円とすることで、周波数感度の向上を図っていたが、周波数感度の向上を図る上では、励振電極220の形状を完全な楕円とする必要性は無いからである。
The
振動部214における振動エネルギーの集中は、楕円状に生ずるため、励振電極220の角部をカットし、当該形状に近似させることで、容量の増加を防ぐことができ、周波数感度の向上を図ることができる。
Since the concentration of vibration energy in the
次に、図10を参照して、本実施形態に係る水晶振動片に関連する第2の応用形態について説明する。本形態に係る水晶振動片と上記実施形態に係る水晶振動片との相違点は、周縁部の外形形状にある。したがって、その構成、機能を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して詳細な説明は省略することとする。 Next, with reference to FIG. 10, the 2nd application form relevant to the quartz crystal vibrating piece which concerns on this embodiment is demonstrated. The difference between the quartz crystal vibrating piece according to the present embodiment and the quartz crystal vibrating piece according to the above embodiment is the outer shape of the peripheral edge. Therefore, portions having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals in the drawings, and detailed description thereof is omitted.
本形態に係る水晶振動片210における周縁部216は、X軸に交差する辺の少なくとも1辺に、凸状の円弧部R3を備えたことを特徴とする。上記実施形態では周縁部216を楕円とすることで、不要振動である輪郭滑り振動の抑圧を図っていた。しかし、輪郭滑り振動の抑圧を図る上では、周縁部216の形状を完全な楕円とする必要性は無い。
効果の大小はあるが、輪郭滑り振動は、少なくともX軸と交差する縁辺の1つが直線から外れていれば抑圧することができるからである。
The
This is because although the effect is large or small, the contour slip vibration can be suppressed if at least one of the edges intersecting the X axis deviates from the straight line.
次に、図11を参照して、本実施形態に係る水晶振動片の応用形態について説明する。本形態に係る水晶振動片は、上記関連する第1、第2の応用形態において相違点とした部分を組み合わせたものである。このような形態の水晶振動片であっても、上記実施形態と同様な効果を奏することができるため、本実施形態の一部とみなすことができる。 Next, with reference to FIG. 11, an application mode of the crystal resonator element according to the present embodiment will be described. The quartz crystal resonator element according to the present embodiment is a combination of parts that are different from each other in the first and second related applications. Even a quartz crystal resonator element having such a configuration can achieve the same effect as that of the above-described embodiment, and thus can be regarded as a part of this embodiment.
次に、図12を参照して本発明の振動子に係る実施の形態について説明する。
本実施形態に係る水晶振動子30は、水晶振動片と、パッケージとから構成されている。前記水晶振動片は、上述した各実施形態に係る水晶振動片(例えば水晶振動片10)であれば良い。また、パッケージ32の構成は、特に限定されるものでは無いが、例えば次のような構成のものであれば良い。すなわち、前記パッケージ32は、パッケージベース36とリッド34とより構成されるものであれば良い。ここで、パッケージベース36は、水晶振動片10を収容するためのキャビティを有する箱体であり、セラミックス等の絶縁材料により構成されると良い。パッケージベース36の内部底面には、上記水晶振動片10における接続電極24を実装するための内部実装端子38が形成されている。また、パッケージベース36の外部底面には、外部実装端子40が設けられ、内部実装端子38と電気的に接続されている。
Next, an embodiment according to the vibrator of the present invention will be described with reference to FIG.
The
前記リッド34は、パッケージベース36における上部開口部を封止するための蓋体である。リッド34としては、コバールなどの合金により構成される金属リッドの他、ソーダガラスなどの絶縁材料により構成されるガラスリッドなどを挙げることができる。
The
このような構成の水晶振動子30では、パッケージベース36に対して水晶振動片10を実装する際、導電性接着剤42を用いる。なお、導電性接着剤42とは、硬化型の樹脂バインダーに銀などの導電性を有する金属フィラーを混入したものである。
In the
そして、水晶振動片10は、パッケージベース36に実装される際、+X軸側が固定端となり、−X軸側が自由端となるように片持ち支持されることとなる。すなわち、パッケージベース36における内部実装端子38に対して導電性接着剤42を塗布し、当該導電性接着剤42を介して水晶振動片10が実装される。
When the
パッケージベース36に対して水晶振動片10が実装された後、パッケージベース36の上部開口部にリッド34を接合し、パッケージ32を封止する。パッケージ32の封止は、真空雰囲気中、あるいは不活性ガス雰囲気中において行うことが望ましい。
After the
このような構成の水晶振動子30であれば、上記いずれかの実施形態に記載した水晶振動片の効果を奏することのできる水晶振動子とすることができる。例えば、第1、第3の実施形態のように、周波数感度の向上を図った水晶振動片10,210を搭載した場合には、温度変化に対する周波数調整幅を広くとることが可能となる。また、第2、第3の実施形態のように、屈曲振動と輪郭滑り振動といった複数種類の不要振動を総合的に抑圧可能な水晶振動片110,210を搭載した場合には、主振動に重畳する不要振動を少なくすることができ、相対減衰量としてのスプリアスの値が小さい水晶振動子とすることができる。
If it is the
次に、本発明の発振器に係る実施の形態について図面を参照して説明する。まず、図13を参照して、第1の実施形態に係る水晶発振器について説明する。
本実施形態に係る水晶発振器50は、図12に示した水晶振動子30をそのまま利用するもので、水晶振動子30の他、リードフレーム56と発振回路を備えたIC52を有する。
具体的な構成としては、リードフレーム56の上面にIC52を、リードフレーム56の下面に反転させた水晶振動子30をそれぞれ搭載し、リードフレーム56とIC52、IC52と水晶振動子30をそれぞれ金属ワイヤ64で接続するというものである。
Next, an embodiment according to the oscillator of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the crystal oscillator according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
The
Specifically, the
また、上記のような構成の水晶発振器50は、IC52の能動面に設けられた端子54や金属ワイヤ64、および接続部の保護のため、外部実装端子を担うリードフレーム56の先端を除く全体を樹脂58によりモールドすることで構成される。
Further, the
このような特徴を有する水晶発振器50であれば、上述した水晶振動子30の効果を奏することができる。例えば、周波数感度の向上を図った水晶振動片10を搭載した水晶振動子30では、温度変化に対する発振周波数の調整幅が増加する。したがって、温度補償回路を有する水晶発振器とした場合には、その設計の余裕度が向上することとなる。
With the
次に、図14を参照して第2の実施形態に係る発振器について説明する。
本実施形態に係る水晶発振器50aは、図14に示すように、1つのパッケージ32aの中に、IC52と水晶振動片10を収容する形態を採るものである。図14に示す実施形態の場合、水晶発振器50aの小型化のために、IC52と水晶振動片10を縦方向に重ねるように配設することとしている。具体的には、パッケージベース36aのキャビティを階段状に形成し、最も下の段に位置する底板部にIC52を搭載する。IC52を搭載した段の上の段に、IC52とパッケージベース36aとを電気的に接続するための内部端子60を設け、IC52の能動面に設けられた端子54とパッケージベース36aに設けた内部端子60とを金属ワイヤ64により接続する。そして、前記内部端子60を設けた段の上の段に、水晶振動片10を実装するための内部実装端子38を設け、導電性接着剤42を介して水晶振動片10を実装する。水晶振動片10を実装した後、パッケージベース36aの上部開口部をリッド34aにより封止する。なお、内部端子60、内部実装端子38はそれぞれ、パッケージ32aの外部底面に設けた外部実装端子62に電気的に接続されている。このような構成の水晶発振器50aであっても、上記第1の実施形態に係る水晶発振器50と同様な効果を得ることができる。
Next, an oscillator according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 14, the
発振器について、その他の実施形態として、図15に示すようなものを挙げることもできる。図15に示す実施形態は、パッケージ32bとして、いわゆるH型断面を有するパッケージベース36bを採用したものであり、上下に設けられたキャビティの一方に水晶振動片10を搭載してリッド34bにより封止すると共に、他方にIC52を搭載するという構成を採る。このような構成の水晶発振器50bであっても、上記第1、第2の実施形態に係る水晶発振器50,50aと同様な効果を得ることができるため、本発明の一部ということができる。
As another embodiment of the oscillator , one shown in FIG. 15 can be cited. The embodiment shown in FIG. 15 employs a
10………水晶振動片、12………水晶素板、14………振動部、16………周縁部、20………励振電極、22………引出し電極、24………接続電極、30………水晶振動子、32………パッケージ、34………リッド、36………パッケージベース、38………内部実装端子、40………外部実装端子、42………導電性接着剤、50………水晶発振器、52………IC、54………端子、56………リードフレーム、58………樹脂、60………内部端子、62………外部実装端子、64………金属ワイヤ。 10... Quartz vibrating piece, 12... Quartz base plate, 14... Vibrating part, 16... Peripheral part, 20 ... Excitation electrode, 22 Extraction electrode, 24 , 30 ......... Quartz crystal, 32 ......... Package, 34 ......... Lid, 36 ......... Package base, 38 ......... Internal mounting terminal, 40 ......... External mounting terminal, 42 ......... Conductivity Adhesive, 50 ......... crystal oscillator, 52 ......... IC, 54 ......... terminal, 56 ......... lead frame, 58 ...... resin, 60 ......... internal terminal, 62 ......... external mounting terminal, 64: Metal wire.
Claims (7)
前記振動部の主面に設けられている励振電極と、
を含み、
前記励振電極の縁辺のうち、前記主振動の振動方向に沿った前記励振電極の中心軸と交差する少なくとも一部の縁辺であり、交差する部分を含む当該縁辺が平面視で円弧状であり、
前記主振動の振動方向と交差する前記振動部の二つの端部の間の距離をL2とし、前記水晶素板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、
(n+1/2)λ−0.1λ≦L2≦(n+1/2)λ+0.1λ、但し、nは正の整数、
を満足することを特徴とする振動片。 The vibration part of the excitation and outline in plan view a thickness shear vibration as primary vibration is rectangular, and rather a thin thickness than the vibrating portion is disposed along the outer edge of the vibrating portion in a plan view, the outer shape in plan view elliptical A quartz base plate including a peripheral portion,
An excitation electrode provided on the main surface of the vibrating part;
Including
Among the edges of the excitation electrode, it is at least a part of the edge that intersects the central axis of the excitation electrode along the vibration direction of the main vibration, and the edge including the intersecting part is arcuate in plan view,
When the distance between the two ends of the vibration part intersecting the vibration direction of the main vibration is L2, and the wavelength of the bending vibration generated in the quartz base plate is λ,
(N + 1/2) λ−0.1λ ≦ L2 ≦ (n + 1/2) λ + 0.1λ, where n is a positive integer,
A vibrating piece characterized by satisfying
前記励振電極の外形が平面視で楕円形状であることを特徴とする振動片。 In claim 1,
The resonator element according to claim 1, wherein an outer shape of the excitation electrode is elliptical in a plan view.
前記水晶素板がATカット水晶であることを特徴とする振動片。 In claim 1 or 2 ,
The resonator element, wherein the quartz base plate is an AT-cut quartz.
前記振動片が搭載され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。 The resonator element according to any one of claims 1 to 3 ,
And a package on which the resonator element is mounted.
前記パッケージは、真空中及び不活性ガス雰囲気中の何れかで気密封止されていることを特徴とする振動子。 In claim 4 ,
The vibrator is hermetically sealed in either a vacuum or an inert gas atmosphere.
当該振動子に搭載されている発振回路と、を備えているにことを特徴とする発振器。 The vibrator according to claim 4 or 5 ,
And an oscillation circuit mounted on the vibrator.
発振回路と、
前記振動片及び前記発振回路が搭載されているパッケージと、
を備えているにことを特徴とする発振器。 The resonator element according to any one of claims 1 to 3 ,
An oscillation circuit;
A package in which the resonator element and the oscillation circuit are mounted;
An oscillator characterized by comprising:
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