JP2003273703A - Quartz vibrator and its manufacturing method - Google Patents

Quartz vibrator and its manufacturing method

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JP2003273703A
JP2003273703A JP2003040389A JP2003040389A JP2003273703A JP 2003273703 A JP2003273703 A JP 2003273703A JP 2003040389 A JP2003040389 A JP 2003040389A JP 2003040389 A JP2003040389 A JP 2003040389A JP 2003273703 A JP2003273703 A JP 2003273703A
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tuning fork
groove
fork arm
arm
electrode
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Hirofumi Kawashima
宏文 川島
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Piedek Technical Laboratory
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Piedek Technical Laboratory
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tuning fork type quartz vibrator allowed to be vibrated in a bent mode and setting up the frequency stability of basic wave mode vibration higher than that of secondary harmonic mode vibration. <P>SOLUTION: The tuning fork type bent quartz vibrator is provided with a tuning fork arm and a tuning fork base part and constituted of arranging grooves or through holes on the upper and lower surfaces of the tuning fork arm or the tuning fork arm and the tuning form base part, arranging electrodes on the side faces of the grooves or through holes and arranging electrodes of different polarity on the side face of the tuning fork arm oppositely to the former electrodes so that the figure of merit (FOM) of the basic wave mode vibration is larger than that of the harmonic mode vibration. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は屈曲モードで振動す
る音叉腕と音叉基部とを具えて構成される音叉形状の水
晶振動子とその製造方法に関する。特に、小型化、高精
度化、耐衝撃性、低廉化の要求の強い情報通信機器用の
基準信号源として最適な水晶振動子で、新形状、新電極
構成及び最適寸法を有する超小型の音叉形状の屈曲水晶
振動子とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tuning fork-shaped crystal unit including a tuning fork arm vibrating in a bending mode and a tuning fork base, and a method for manufacturing the same. In particular, it is a crystal oscillator best suited as a reference signal source for information and communication equipment that is strongly required to be compact, highly accurate, shock resistant, and inexpensive, and has a new shape, a new electrode configuration, and an ultra-compact tuning fork. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bent quartz crystal unit and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の水晶振動子は音叉腕の上下面と側
面に電極が配置された音叉形状の屈曲水晶振動子がよく
知られている。図9には、この従来例の音叉形状の屈曲
水晶振動子200の概観図を示す。図9において水晶振
動子200は2本の音叉腕201,202と音叉基部2
30とを具えている。図10には図9の音叉腕の断面図
を示す。図10に示すように、励振電極は音叉腕の上下
面と側面に配置されている。音叉腕の断面形状は一般的
には長方形をしている。一方の音叉腕の断面の上面には
電極203が下面には電極204が配置されている。側
面には電極205と206が設けられている。他方の音
叉腕の上面には電極207が下面には電極208が、更
に側面には電極209,210が配置され2電極端子H
−H′構造を成している。今、H−H′間に直流電圧を
印加すると電界は矢印方向に働く。その結果、一方の音
叉腕が内側に曲がると他方の音叉腕も内側に曲がる。こ
の理由は、x軸方向の電界成分Exが各音叉腕の内部で
方向が反対になるためである。交番電圧を印加すること
により振動を持続することができる。又、特開昭56−
65517と特開2000−223992(P2000
−223992A)では、音叉腕に溝を設け、且つ、電
極構成について開示されている。
2. Description of the Related Art As a conventional crystal oscillator, a tuning fork-shaped bent crystal oscillator in which electrodes are arranged on upper and lower surfaces and side surfaces of a tuning fork arm is well known. FIG. 9 is a schematic view of a tuning fork-shaped bent crystal unit 200 of this conventional example. In FIG. 9, a crystal unit 200 includes two tuning fork arms 201 and 202 and a tuning fork base portion 2.
30 and. FIG. 10 shows a sectional view of the tuning fork arm of FIG. As shown in FIG. 10, the excitation electrodes are arranged on the upper and lower surfaces and side surfaces of the tuning fork arm. The cross-sectional shape of the tuning fork arm is generally rectangular. An electrode 203 is arranged on the upper surface and an electrode 204 is arranged on the lower surface of the cross section of one tuning fork arm. Electrodes 205 and 206 are provided on the side surface. The electrode 207 is arranged on the upper surface of the other tuning fork arm, the electrode 208 is arranged on the lower surface, and the electrodes 209 and 210 are arranged on the side surfaces.
-H 'structure is formed. When a DC voltage is applied between H-H ', the electric field works in the direction of the arrow. As a result, when one tuning fork arm bends inward, the other tuning fork arm also bends inward. The reason is that the electric field components Ex in the x-axis direction are opposite in direction inside each tuning fork arm. Vibration can be sustained by applying an alternating voltage. Also, JP-A-56-
65517 and JP-A-2000-223992 (P2000
No. 223992A), a groove is provided on a tuning fork arm and an electrode structure is disclosed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】音叉型屈曲水晶振動子
では、電界成分Exが大きいほど等価直列抵抗Rが小
さくなり、品質係数Q値が大きくなる。しかしながら、
従来から使用されている音叉型屈曲水晶振動子は、図1
0で示したように、各音叉腕の上下面と側面の4面に電
極を配置している。そのために電界が直線的に働かず、
かかる音叉型屈曲水晶振動子を小型化させると、電界成
分Exが小さくなってしまい、等価直列抵抗Rが大き
くなり、品質係数Q値が小さくなるなどの課題が残され
ていた。同時に、時間基準として高精度な、即ち、高い
周波数安定性を有し、高調波モード振動を抑えた屈曲水
晶振動子を得ることが課題として残されていた。又、前
記課題を解決する方法として、例えば、特開昭56−6
5517では音叉腕に溝を設け、且つ、溝の構成と電極
構成について開示している。しかしながら、溝の構成、
寸法と振動モード並びに基本波モード振動での等価直列
抵抗Rと高調波モード振動での等価直列抵抗Rとの
関係及び周波数安定性に関係するフィガーオブメリット
Mについては全く開示されていない。又、従来の水晶振
動子や前記溝を設けた振動子を従来の回路に接続し、水
晶発振回路を構成すると、基本波振動モードの出力信号
が衝撃や振動などの影響で出力信号が高調波モード振動
の周波数に変化、検出される等の問題が発生していた。
このようなことから、衝撃や振動を受けても、それらの
影響を受けない高調波モード振動を抑えた基本波モード
で振動する音叉形状の屈曲水晶振動子で、それを具えた
水晶発振器が所望されていた。それ故、基本波モードで
振動する超小型で、等価直列抵抗Rの小さい、品質係
数Q値が高くなるような新形状で、電気機械変換効率の
良い溝の構成と電極構成を有する音叉形状の屈曲水晶振
動子が所望されていた。さらに詳細には、基本波モード
振動の周波数安定性が2次高調波モード振動の周波数安
定性より高い音叉形状の屈曲水晶振動子が所望されてい
た。
In the tuning fork type bent crystal oscillator, the larger the electric field component Ex, the smaller the equivalent series resistance R 1 and the larger the quality factor Q value. However,
The tuning fork type bent crystal unit used conventionally is shown in Fig. 1.
As indicated by 0, electrodes are arranged on the upper and lower surfaces and side surfaces of each tuning fork arm. Therefore, the electric field does not work linearly,
When such a tuning fork type bent crystal oscillator is miniaturized, the electric field component Ex becomes small, the equivalent series resistance R 1 becomes large, and the quality factor Q value becomes small. At the same time, it has been left as an issue to obtain a bent crystal oscillator having high accuracy as a time reference, that is, having high frequency stability and suppressing harmonic mode vibration. Further, as a method for solving the above-mentioned problems, for example, JP-A-56-6
5517 discloses a groove in the tuning fork arm, and discloses a groove structure and an electrode structure. However, the groove configuration,
There is no disclosure of dimensions and vibration modes, the relationship between the equivalent series resistance R 1 in fundamental mode vibration and the equivalent series resistance R n in harmonic mode vibration, and the Figer of Merit M related to frequency stability. Also, if a conventional crystal oscillator or oscillator with the above groove is connected to a conventional circuit to configure a crystal oscillation circuit, the output signal in the fundamental wave vibration mode causes harmonics in the output signal due to shock or vibration. There was a problem that the frequency of modal vibration was changed and detected.
Therefore, even if a shock or vibration is received, it is a tuning fork-shaped bent crystal unit that vibrates in the fundamental wave mode that suppresses the harmonic mode vibration that does not affect them. It had been. Therefore, a tuning fork shape having a groove configuration and an electrode configuration with a very small size that oscillates in the fundamental wave mode, a small equivalent series resistance R 1, and a high quality factor Q value and that has a high electromechanical conversion efficiency and an electrode configuration. Bending Quartz Resonator was desired. More specifically, a tuning fork-shaped bent crystal oscillator in which the frequency stability of fundamental mode vibration is higher than the frequency stability of second harmonic mode vibration has been desired.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の方法で
従来の課題を有利に解決した屈曲モードで振動する音叉
形状の水晶振動子とその製造方法を提供することを目的
とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a tuning fork-shaped crystal unit that vibrates in a bending mode and a method for manufacturing the same in which the conventional problems are advantageously solved by the following method. is there.

【0005】即ち、本発明の水晶振動子の第1の態様
は、屈曲モードで振動する音叉腕と音叉基部とを具えて
構成される音叉形状の屈曲水晶振動子で、前記音叉腕は
上面と下面と側面とを有し、前記音叉形状の音叉腕に溝
が設けられ、前記溝と前記音叉腕の側面に電極が配置さ
れ、前記溝の側面の電極とその電極に対抗する音叉腕の
側面の電極とが互いに異極で、かつ、前記音叉腕が逆相
で振動するように溝と電極を構成し、更に、前記音叉形
状の屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフイガーオブ
メリットMが高調波モード振動のフイガーオブメリッ
トMより大きい水晶振動子である。
That is, the first aspect of the crystal resonator of the present invention is a tuning fork-shaped bent crystal resonator including a tuning fork arm vibrating in a bending mode and a tuning fork base, and the tuning fork arm has an upper surface. A groove is provided on the tuning fork arm having a lower surface and a side surface, an electrode is arranged on the groove and the side surface of the tuning fork arm, and an electrode on the side surface of the groove and a side surface of the tuning fork arm that opposes the electrode. Of the tuning fork-shaped bent quartz crystal resonator having the fundamental wave mode vibration of the tuning fork-shaped bent crystal resonator, and the electrode and the electrode of the tuning fork arm vibrate in opposite phases. Reference numeral 1 is a crystal oscillator having a harmonic mode vibration larger than the Figger of Merit M n .

【0006】本発明の水晶振動子の製造方法の第1の態
様は、屈曲モードで振動する音叉腕と音叉基部とを具え
て構成される音叉形状の屈曲水晶振動子の製造方法で、
前記音叉腕は上面と下面と側面とを有し、前記音叉形状
の音叉腕に溝が設けられ、前記溝と前記音叉腕の側面に
電極が配置され、前記溝の側面の電極とその電極に対抗
する音叉腕の側面の電極とが互いに異極で、かつ、前記
音叉腕が逆相で振動するように溝と電極を形成する工
程、と前記音叉形状の屈曲水晶振動子を表面実装型ある
いは円筒型のユニットに収納する工程、とを有し、前記
音叉形状の屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフイガ
ーオブメリットMが高調波モード振動のフイガーオブ
メリットMより大きい水晶振動子の製造方法である。
A first aspect of the method for manufacturing a crystal unit according to the present invention is a method for manufacturing a bending crystal unit having a tuning fork shape, which comprises a tuning fork arm vibrating in a bending mode and a tuning fork base.
The tuning fork arm has an upper surface, a lower surface, and a side surface, a groove is provided in the tuning fork-shaped tuning fork arm, electrodes are arranged on the groove and the side surface of the tuning fork arm, and an electrode on the side surface of the groove and its electrode are provided. Forming a groove and an electrode so that the electrodes on the side surfaces of the opposing tuning fork arms have different polarities, and the tuning fork arms vibrate in opposite phases; and And a step of accommodating in a cylindrical unit, wherein the figurer of merit M 1 of the fundamental mode vibration of the bending fork crystal resonator of the tuning fork shape is larger than the figurer of merit M n of the harmonic mode vibration. It is a method of manufacturing a child.

【0007】[0007]

【作用】このように、本発明は屈曲モードで振動する音
叉形状の水晶振動子で、しかも、音叉形状の溝と電極の
構成を改善し、高調波モード振動を抑え、基本波モード
で振動する水晶振動子を得る事ができる。
As described above, the present invention is a tuning-fork-shaped crystal oscillator that vibrates in a bending mode, and further improves the configuration of the tuning-fork-shaped groove and electrode to suppress harmonic mode vibration and vibrate in the fundamental mode. You can get a crystal unit.

【0008】加えて、音叉腕の中立線を挟んだ(含む)
中央部に溝を設け、且つ、電極を配置し、溝の寸法の最
適化を図る事により、等価直列抵抗Rが小さく、Q値
が高く、電気機械変換効率の良い屈曲モードで振動する
超小型の音叉形状の屈曲水晶振動子が得られる。
[0008] In addition, the neutral line of the tuning fork arm is sandwiched (included).
By providing a groove in the center and arranging the electrodes to optimize the dimensions of the groove, the equivalent series resistance R 1 is small, the Q value is high, and the super-mode vibrates in a bending mode with high electromechanical conversion efficiency. A small tuning fork-shaped bent crystal oscillator can be obtained.

【0009】[0009]

【本発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に
基づき具体的に述べる。図1は本発明の第1実施例の屈
曲モードで振動する音叉形状の屈曲水晶振動子10の外
観図とその座標系を示すものである。座標系O、電気軸
x、機械軸y、光軸zからなるO−xyzを構成してい
る。本実施例の音叉形状の屈曲水晶振動子10は音叉腕
20、音叉腕26と音叉基部40とから成り、音叉腕2
0と音叉腕26は音叉基部40に接続されている。ま
た、音叉腕20と音叉腕26はそれぞれ上面と下面と側
面とを有する。更に、音叉腕20の上面には中立線を挟
んで、即ち、中立線を含むように溝21が設けられ、
又、音叉腕26の上面にも音叉腕20と同様に溝27が
設けられるとともに、さらに、音叉基部40に溝32と
溝36とが設けられている。なお、角度θは、x軸廻り
の回転角であり、通常、0°〜10°の範囲で選ばれ
る。又、音叉腕20、26の下面にも上面と同様に溝が
設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an external view of a tuning fork-shaped bent crystal oscillator 10 vibrating in a bending mode according to the first embodiment of the present invention and its coordinate system. The coordinate system O, the electric axis x, the mechanical axis y, and the optical axis z constitute O-xyz. The tuning fork-shaped bent crystal resonator 10 of the present embodiment includes a tuning fork arm 20, a tuning fork arm 26, and a tuning fork base 40.
0 and the tuning fork arm 26 are connected to the tuning fork base 40. The tuning fork arm 20 and the tuning fork arm 26 have an upper surface, a lower surface, and a side surface, respectively. Further, a groove 21 is provided on the upper surface of the tuning fork arm 20 so as to sandwich the neutral line, that is, to include the neutral line.
Further, a groove 27 is provided on the upper surface of the tuning fork arm 26 similarly to the tuning fork arm 20, and a groove 32 and a groove 36 are further provided on the tuning fork base portion 40. The angle θ is a rotation angle around the x-axis, and is usually selected in the range of 0 ° to 10 °. Further, grooves are provided on the lower surfaces of the tuning fork arms 20 and 26 as well as the upper surfaces.

【0010】図2は、図1の音叉形状の屈曲水晶振動子
10の音叉基部40のD−D′断面図を示す。図2では
図1の水晶振動子の音叉基部40の断面形状並びに電極
配置について詳述する。音叉腕20と連結する音叉基部
40には溝21,22が設けられている。同様に、音叉
腕26と連結する音叉基部40には溝27,28が設け
られている。更に、溝21と溝27との間には更に溝3
2と溝36とが設けられている。又、溝22と溝28と
の間にも溝33と溝37とが設けられている。そして、
溝21と溝22には電極23,24が、溝32,33,
36,37には電極34,35,38,39が、溝27
と溝28には電極29,30が配置され、音叉基部40
の両側面には電極25,31が配置されている。詳細に
は、溝の側面に電極が配置され、前記電極に対抗して極
性の異なる電極が配置されている。
FIG. 2 is a cross sectional view of the tuning fork base portion 40 of the bending fork crystal resonator 10 of FIG. 2, the cross-sectional shape and electrode arrangement of the tuning fork base 40 of the crystal unit shown in FIG. 1 will be described in detail. Grooves 21 and 22 are provided in the tuning fork base portion 40 that is connected to the tuning fork arm 20. Similarly, the tuning fork base portion 40 connected to the tuning fork arm 26 is provided with grooves 27 and 28. Further, a groove 3 is further provided between the groove 21 and the groove 27.
2 and a groove 36 are provided. Further, a groove 33 and a groove 37 are also provided between the groove 22 and the groove 28. And
Electrodes 23 and 24 are provided in the grooves 21 and 22, and grooves 32 and 33,
Electrodes 34, 35, 38, 39 are provided on the grooves 36, 37 in the groove 27.
The electrodes 29 and 30 are arranged in the groove 28 and the groove 28, and the tuning fork base 40
Electrodes 25 and 31 are arranged on both side surfaces of. In detail, electrodes are arranged on the side surfaces of the groove, and electrodes having different polarities are arranged opposite to the electrodes.

【0011】また、音叉形状の屈曲水晶振動子10は厚
みtを有し、溝は厚みtを有している。ここで言う厚
みtは溝の一番深いところの厚みを言う。その理由は
水晶は異方性の材料のために、化学的エッチング法では
各結晶軸の方向によりエッチングスピードが異なる。そ
れ故、化学的エッチング法では溝の深さにバラツキが生
じ、図2に示した一様な形状に加工するのが極めて難し
いためである。本実施例では、溝の厚みtと音叉腕又
は音叉腕と音叉基部の厚みtとの比(t/t)が0.
79より小さくなるように、好ましくは、0.01〜
0.79となるように溝が音叉腕又は音叉腕と音叉基部
に形成されている。特に、音叉基部の歪みを大きくする
ために、音叉基部の溝の厚みと音叉基部の厚みの比を
0.01〜0.025にする事が好ましい。このように
形成することにより、音叉腕又は音叉腕と音叉基部の溝
側面電極とそれに対抗する側面の電極との間の電界Ex
が大きくなる。すなわち、電気機械変換効率の良い屈曲
振動子が得られる。即ち、容量比の小さい音叉形状の屈
曲水晶振動子が得られる。更に、本実施例では、音叉基
部の溝と溝との間にさらに溝32,33,36,37が
設けられているので、その電界強度はより一層大きくな
り、より電気機械変換効率が良くなる。又、本実施例で
は、音叉基部40の上面に溝32,36が、下面に溝3
3,37が設けられているが、片面にのみ設けても良
い。
The tuning fork-shaped bent crystal oscillator 10 has a thickness t, and the groove has a thickness t 1 . The thickness t 1 mentioned here means the thickness of the deepest part of the groove. The reason is that quartz is an anisotropic material, and therefore the etching speed differs depending on the direction of each crystal axis in the chemical etching method. Therefore, the chemical etching method causes variations in the depth of the groove, and it is extremely difficult to process into the uniform shape shown in FIG. In this embodiment, the ratio (t 1 / t) between the thickness t 1 of the groove and the thickness t of the tuning fork arm or the tuning fork arm and the tuning fork base is 0.
It is preferably 0.01 to so as to be smaller than 79.
A groove is formed in the tuning fork arm or the tuning fork arm and the tuning fork base so as to be 0.79. In particular, in order to increase the distortion of the tuning fork base, it is preferable to set the ratio of the thickness of the groove of the tuning fork base to the thickness of the tuning fork base to 0.01 to 0.025. By forming in this way, the electric field Ex between the tuning fork arm or the tuning fork arm and the groove side surface electrode of the tuning fork base and the side surface electrode opposite thereto
Grows larger. That is, it is possible to obtain a bending oscillator having a high electromechanical conversion efficiency. That is, a tuning fork-shaped bent crystal oscillator having a small capacitance ratio can be obtained. Further, in this embodiment, since the grooves 32, 33, 36 and 37 are further provided between the grooves of the tuning fork base portion, the electric field strength thereof is further increased and the electromechanical conversion efficiency is improved. . Further, in this embodiment, the grooves 32 and 36 are provided on the upper surface of the tuning fork base 40 and the groove 3 is provided on the lower surface.
Although 3, 37 are provided, they may be provided only on one side.

【0012】更に、電極25,29,30,34,35
は一方の同極に、電極23,24,31,37,38,
39は他方の同極になるように配置されていて、2電極
端子構造E−E′を構成する。即ち、z軸方向に対抗す
る溝電極は同極に、且つ、x軸方向に対抗する電極は異
極になるように構成されている。今、2電極端子E−
E′に直流電圧を印加(E端子に正極、E′端子に負
極)すると電界Exは図2に示した矢印のように働く。
電界Exは水晶振動子の側面と溝内の側面とに配置され
た電極により電極に垂直に、即ち、直線的に引き出され
るので、電界Exが大きくなり、その結果、発生する歪
の量も大きくなる。従って、音叉形状の屈曲水晶振動子
を小型化させた場合でも、等価直列抵抗Rの小さい、
品質係数Q値の高い屈曲モードで振動する音叉形状の水
晶振動子が得られる。
Further, the electrodes 25, 29, 30, 34, 35
Has electrodes 23, 24, 31, 37, 38, and
39 is arranged so as to have the same polarity as the other, and constitutes a two-electrode terminal structure E-E '. That is, the groove electrodes facing the z-axis direction have the same polarity, and the electrodes facing the x-axis direction have the different poles. Now, 2 electrode terminal E-
When a DC voltage is applied to E '(E terminal is positive and E'terminal is negative), the electric field Ex acts as shown by the arrow in FIG.
The electric field Ex is extracted perpendicularly to the electrodes, that is, linearly by the electrodes arranged on the side surface of the crystal unit and the side surface inside the groove, so that the electric field Ex becomes large, and as a result, the amount of strain generated is also large. Become. Therefore, even when the tuning fork-shaped bent crystal unit is downsized, the equivalent series resistance R 1 is small.
A tuning fork-shaped crystal unit having a high quality factor Q value and vibrating in a bending mode is obtained.

【0013】図3は図1の音叉形状の屈曲水晶振動子1
0の上面図を示すものである。図3では溝21,27の
配置及び寸法について特に詳述する。音叉腕20の中立
線41を挟むようにして溝21が設けられている。他方
の音叉腕26も中立線42を挟むようにして溝27が設
けられている。更に、本実施例の音叉形状の屈曲水晶振
動子10では、音叉基部40の、溝21と溝27との間
に挟まれた部分にも溝32と溝36とが設けられてい
る。それら溝21,27及び溝32,36を設けたこと
で、音叉形状の屈曲水晶振動子10には、先に述べたよ
うに、電界Exが図2に示した矢印のように働き、電界
Exは水晶振動子の側面と溝内の側面とに配置された電
極により電極に垂直に、即ち、直線的に引き出され、特
に音叉基部の電界Exが大きくなり、その結果、発生す
る歪の量も大きくなる。このように、本実施例の音叉形
状の屈曲水晶振動子10の形状と電極構成とは、音叉型
屈曲水晶振動子を小型化した場合でも電気的諸特性に優
れた、即ち、等価直列抵抗Rの小さい、品質係数Q値
の高い水晶振動子が実現できる。
FIG. 3 is a tuning fork-shaped bent crystal unit 1 of FIG.
0 is a top view of FIG. In FIG. 3, the arrangement and dimensions of the grooves 21 and 27 will be described in detail. The groove 21 is provided so as to sandwich the neutral line 41 of the tuning fork arm 20. The other tuning fork arm 26 is also provided with a groove 27 so as to sandwich the neutral line 42. Further, in the tuning fork-shaped bent crystal oscillator 10 of the present embodiment, the groove 32 and the groove 36 are also provided in the portion of the tuning fork base portion 40 sandwiched between the groove 21 and the groove 27. By providing the grooves 21 and 27 and the grooves 32 and 36, as described above, the electric field Ex acts on the tuning fork-shaped bent crystal resonator 10 as shown by the arrow in FIG. Is drawn perpendicularly to the electrode, that is, linearly by the electrodes arranged on the side surface of the crystal unit and the side surface inside the groove, and especially the electric field Ex of the tuning fork base portion becomes large, and as a result, the amount of strain generated is also increased. growing. As described above, the shape and electrode configuration of the tuning fork-shaped bent crystal resonator 10 of this embodiment have excellent electrical characteristics even when the tuning fork-shaped bent crystal resonator is downsized, that is, the equivalent series resistance R. A crystal unit having a small value of 1 and a high quality factor Q value can be realized.

【0014】更に、部分幅W、Wと溝幅Wとする
と、音叉腕20,26の腕幅WはW= <Wとなるように構成される。又、溝幅WはW
≧W,Wを満足する条件で構成される。更に具体
的に述べると、本実施例では、溝幅Wと音叉腕幅Wと
の比(W/W)が0.35より大きく、1より小さく
なるように、好ましくは、0.35〜0.95で、溝の
厚みtと音叉腕の厚みt又は音叉腕と音叉基部の厚み
tとの比(t/t)が0.79より小さくなるよう
に、好ましくは、0.01〜0.79となるように溝が
音叉腕に形成されている。このように形成することによ
り、音叉腕の中立線41と42を基点とする慣性モーメ
ントが大きくなる。即ち、電気機械変換効率が良くなる
ので、等価直列抵抗Rの小さい、Q値の高い、しか
も、容量比の小さい音叉形状の屈曲水晶振動子を得る事
ができる。
Furthermore, if the partial width W 1, W 3 and groove width W 2, the arm width W of the tuning fork arms 20 and 26 W = It is configured such that W 1 <W 3 . The groove width W 2 is W
It is configured under the condition of satisfying 2 ≧ W 1 and W 3 . More specifically, in this embodiment, the ratio (W 2 / W) of the groove width W 2 to the tuning fork arm width W is larger than 0.35 and smaller than 1, preferably 0.35. It is preferable that the ratio (t 1 / t) of the thickness t 1 of the groove and the thickness t of the tuning fork arm or the thickness t of the tuning fork arm and the tuning fork base is less than 0.79 at .about.0.95. A groove is formed on the tuning fork arm so that the groove number is from 01 to 0.79. By forming in this way, the moment of inertia from the neutral lines 41 and 42 of the tuning fork arm as a base point becomes large. That is, since the electromechanical conversion efficiency is improved, it is possible to obtain a bent quartz crystal resonator having a small equivalent series resistance R 1 , a high Q value, and a small capacitance ratio.

【0015】これに対して、溝21および溝27の長さ
について本実施例では、溝21,27が音叉腕2
0,26から音叉基部40の長さ1にまで延在し、基
部の溝の長さ1となるような寸法とされている。それ
故、音叉腕20,26に設けられた溝の長さは(1
)で与えられ、Rの小さい振動子を得るために、
(1−1)/(1−1)が0.4〜0.8の値を
有する。更に、音叉形状の屈曲水晶振動子10の全長1
は要求される周波数や収納容器の大きさなどから決定さ
れる。と共に、基本波モードで振動する良好な音叉形状
の屈曲水晶振動子を得るためには、溝の長さ1と全長
1との間には密接な関係が存在する。
[0015] In contrast, in the present embodiment the length 1 1 of the groove 21 and the groove 27, the grooves 21 and 27 are tuning fork arms 2
Extends from 0,26 to the length 1 2 of the tuning fork base portion 40 is sized such that the length 1 3 of the grooves of the base. Therefore, the length of the groove provided in the tuning fork arms 20 and 26 is (1 1
1 3 ), to obtain an oscillator with a small R 1 ,
(1 1 -1 3 ) / (1-1 2 ) has a value of 0.4 to 0.8. Further, the total length 1 of the tuning fork-shaped bent crystal unit 10
Is determined by the required frequency and the size of the storage container. Together, in order to obtain a flexural quartz crystal resonator good tuning fork vibrating at the fundamental mode, a close relationship exists between the length 1 1 and the total length 1 of the groove.

【0016】すなわち、音叉腕20,26又は音叉腕2
0,26と音叉基部40に設けられた溝の長1と音叉
形状の屈曲水晶振動子の全長1との比(1/1)が
0.2〜0.78となるように溝の長さは設けられる。
このように形成する理由は、不要振動である高調波モー
ド振動、特に、2次、3次高調波モード振動を抑圧する
事ができると共に基本波モード振動の周波数安定性を高
めることができる。それ故、基本波モードで容易に振動
する良好な音叉形状の屈曲水晶振動子が実現できる。さ
らに詳述するならば、基本波モードで振動する音叉形状
の屈曲水晶振動子の等価直列抵抗Rが高調波モード振
動の等価直列抵抗Rより小さくなる。即ち、R<R
(n=2,3のとき、2次、3次高調波モード振動の
等価直列抵抗)となり、増幅器(CMOSインバー
タ)、コンデンサ、抵抗素子、本実施例の音叉形状の屈
曲水晶振動子等から成る水晶発振器において、振動子が
基本波モードで容易に振動する良好な水晶発振器が実現
できる。又、溝の長さ1は音叉腕の長さ方向に分割さ
れていても良く、その中の少なくとも1個が前記辺比
(1/1)を満足すれば良いか、又は、分割された溝
の長さ方向の加えられた溝の長さが前記辺比(1
1)を満足すれば良い。
That is, the tuning fork arm 20, 26 or the tuning fork arm 2
Ratio of 0,26 and the total length 1 of the long 1 1 and tuning fork flexural crystal oscillator of the groove provided in the fork base 40 (1 1/1) of the grooves so that from 0.2 to 0.78 Length is provided.
The reason for forming in this way is that it is possible to suppress harmonic mode vibration, which is unnecessary vibration, particularly second-order and third-order harmonic mode vibration, and to improve frequency stability of the fundamental wave mode vibration. Therefore, a good tuning fork-shaped bent crystal unit that easily vibrates in the fundamental mode can be realized. More specifically, the equivalent series resistance R 1 of the tuning fork-shaped bent quartz oscillator vibrating in the fundamental mode is smaller than the equivalent series resistance R n of the harmonic mode vibration. That is, R 1 <R
n (equivalent series resistance of 2nd and 3rd harmonic mode vibrations when n = 2, 3), and is composed of an amplifier (CMOS inverter), a capacitor, a resistance element, a tuning fork-shaped bent crystal oscillator of this embodiment, and the like. In this crystal oscillator, a good crystal oscillator in which the oscillator easily vibrates in the fundamental wave mode can be realized. The length 1 1 of the groove may be divided in the longitudinal direction of the tuning fork arms, at least one of them may be satisfied the side ratio (1 1/1), or are divided The length of the added groove in the length direction of the groove is the side ratio (1 1 /
It is sufficient to satisfy 1).

【0017】また、この実施例では、音叉基部40は図
3中、振動子10の長さ1の下側部分全体とされ、
又、音叉腕20及び音叉腕26は、図3中、振動子10
の長さ1の部分から上側の部分全体とされている。本
実施例では音叉の叉部は矩形をしているが、本発明は前
記形状に限定されるものではなく、音叉の叉部がU字型
をしていても良い。この場合も矩形の形状と同じよう
に、音叉腕と音叉基部との寸法の関係は前記関係と同じ
である。更に、本実施例では、溝は音叉腕と音叉基部に
設けられているが、本発明はこれに限定されるものでな
く、音叉腕にのみ溝を設けても良く、同様の効果が得ら
れる。この場合、溝の長さ1=0となる。また、本発
明で言う溝の長さ1とは、音叉腕にのみ溝が設けられ
ている時には、溝幅Wと音叉腕幅Wとの比(W
W)が0.35より大きく、且つ、1より小さくなるよ
うに形成された溝の長さである。更に、前記音叉腕に設
けられた溝が、音叉基部にまで延在し、音叉基部に延在
した溝の間にさらに溝が設けられている時には、溝の長
さ1を含む長さが1である。しかし、音叉腕の溝が
音叉基部に延在しているが、その溝の間にさらに溝が設
けられていない時には、長さ1は音叉腕の溝の長さで
ある。
Further, in this embodiment, the tuning fork base portion 40 in FIG. 3, is the entire lower portion of the length 1 2 of the vibrator 10,
Further, the tuning fork arm 20 and the tuning fork arm 26 are the vibrator 10 in FIG.
There is a whole upper part of the length 1 2 of the portion of. In the present embodiment, the tuning fork has a rectangular shape, but the present invention is not limited to the above-mentioned shape, and the tuning fork may have a U shape. In this case as well, similar to the rectangular shape, the dimensional relationship between the tuning fork arm and the tuning fork base is the same as the above relationship. Further, in the present embodiment, the groove is provided in the tuning fork arm and the tuning fork base, but the present invention is not limited to this, and the groove may be provided only in the tuning fork arm, and the same effect can be obtained. . In this case, the groove length is 1 3 = 0. Further, the length 1 1 of the groove in the present invention, when the grooves only in the tuning fork arms are provided, the ratio of the groove width W 2 and the tuning fork arm width W (W 2 /
W) is the length of the groove formed so as to be larger than 0.35 and smaller than 1. Furthermore, a groove in which the provided tuning fork arm, extends to the fork base, when further groove between the groove extending in the fork base is provided, the length including the length 1 3 of the grooves It is 1 1 . However, although the grooves of the tuning fork arms extend in a tuning fork base, further when is not provided grooves between the groove, the length 1 1 is the length of the groove of the tuning fork arms.

【0018】換言するならば、音叉形状の音叉腕の中立
線を挟んだ、即ち、中立線を含む音叉腕の上下面に各々
少なくとも1個の溝が長さ方向に設けられ、前記溝の両
側面に電極が配置され、前記溝側面の電極とその電極に
対抗する音叉腕側面の電極とが互いに異極となるように
構成されていて、音叉腕に生ずる慣性モーメントが大き
くなるように前記各々少なくとも1個の溝の内少なくと
も1個の溝幅Wと音叉腕幅Wとの比(W/W)が
0.35より大きく、1より小さく、且つ、前記溝の厚
みtと音叉腕の厚みtとの比(t/t)が0.79
より小さくなるように溝が形成されている。
In other words, at least one groove is provided in the length direction on the upper and lower surfaces of the tuning fork arm sandwiching the neutral line of the tuning fork arm, that is, including the neutral line, and both sides of the groove are provided. An electrode is arranged on the surface, and the electrode on the side surface of the groove and the electrode on the side surface of the tuning fork arm that opposes the electrode are configured to have different polarities, and each of the electrodes is arranged to increase the moment of inertia generated in the tuning fork arm. The ratio (W 2 / W) of the groove width W 2 of at least one of the at least one groove and the tuning fork arm width W is larger than 0.35 and smaller than 1, and the groove thickness t 1 and the tuning fork are equal to or smaller than 1. The ratio (t 1 / t) to the thickness t of the arm is 0.79
Grooves are formed to be smaller.

【0019】 を満足するように構成され、間隔Wは0.05mm〜
0.35mmで、溝幅Wは0.03mm〜0.12m
mの値を有する。このように構成する理由は超小型の屈
曲水晶振動子で、かつ、音叉形状と音叉腕の溝をフオト
リソグラフィ技術を用いて別々(別々の工程)に形成で
き、更に、基本波モード振動の周波数安定性が高調波モ
ード振動の周波数安定性より高くすることができる。こ
の場合、厚みtは通常0.05mm〜0.15mmの水
晶ウエハが用いられる。しかし、本発明は本実施例に限
定されるものでなく、0.15mmより厚い水晶ウエハ
を使用してもよい。
[0019] Is satisfied, and the distance W 4 is 0.05 mm to
0.35 mm, groove width W 2 is 0.03 mm to 0.12 m
has a value of m. The reason for configuring in this way is that it is a very small bending crystal oscillator, and the tuning fork shape and the groove of the tuning fork arm can be formed separately (separate steps) using photolithography technology. The stability can be made higher than the frequency stability of harmonic mode vibration. In this case, a crystal wafer having a thickness t of usually 0.05 mm to 0.15 mm is used. However, the present invention is not limited to this embodiment, and quartz wafers thicker than 0.15 mm may be used.

【0020】更に詳述するならば、音叉形状の屈曲水晶
振動子の誘導性と電気機械変換効率と品質とを表すフイ
ガーオブメリットMは屈曲水晶振動子の品質係数Q
値と容量比rの比(Q/r)によって定義され
る。即ち、M=Q/rで与えられる。但し、iは
音叉形状の屈曲水晶振動子の振動次数を表し、i=1の
とき基本波モード振動、i=2のとき2次高調波モード
振動、i=3のとき3次高調波モード振動である。ま
た、音叉形状の屈曲水晶振動子の並列容量に依存しない
機械的直列共振周波数fと並列容量に依存する直列共
振周波数fの周波数差ΔfはフイガーオブメリットM
に反比例し、その値Mが大きい程Δfは小さくな
る。従って、Mが大きい程、音叉形状の屈曲水晶振動
子の共振周波数は並列容量の影響を受けないので、屈曲
水晶振動子の周波数安定性は良くなる。即ち、時間精度
の高い音叉形状の屈曲水晶振動子が得られる。
More specifically, the figurer of merit M i , which represents the inductive property, electromechanical conversion efficiency, and quality of the tuning fork-shaped bent crystal unit, is a quality factor Q i of the bent crystal unit.
It is defined by the ratio of the value to the capacity ratio r i (Q i / r i ). That is, it is given by M i = Q i / r i . Here, i represents the vibration order of the bending quartz crystal in the tuning fork shape. When i = 1, the fundamental mode vibration, when i = 2, the second harmonic mode vibration, and when i = 3, the third harmonic mode vibration. Is. Also, the frequency difference Δf is off Iga of merit M of the series resonance frequency f r which depends on the parallel capacitance and mechanical series resonance frequency f 8 that is independent of the parallel capacitance of the flexural quartz oscillator tuning fork
inversely proportional to the i, Δf becomes smaller as the value M i is large. Therefore, the larger M i, the more the resonance frequency of the tuning fork-shaped bent crystal resonator is not affected by the parallel capacitance, and the better the frequency stability of the bent crystal resonator. That is, a tuning fork-shaped bent crystal oscillator with high time accuracy can be obtained.

【0021】さらに詳細には、前記音叉形状と溝と電極
とその寸法の構成により、基本波モード振動のフイガー
オブメリットMが高調波モード振動のフイガーオブメ
リットMより大きくなる。即ち、M>Mとなる。
但し、nは高調波モード振動の振動次数を表し、n=
2、3のとき、2次、3次高調波モード振動のフイガー
オブメリットである。一例として、基本波モード振動の
周波数が32.768kHzで、W/W=0.5、t
/t=0.34、1/1=0.48のとき、製造に
よるバラツキが生ずるが、音叉形状の屈曲水晶振動子の
、MはそれぞれM>65、M<30となる。
即ち、高い誘導性と電気機械変換効率の良い(容量比r
と等価直列抵抗Rの小さい)、品質係数の大きい基
本波モードで振動する屈曲水晶振動子を得ることができ
る。その結果、基本波モード振動の周波数安定性が2次
高調波モード振動の周波数安定性より良くなると共に、
2次高調波モード振動を抑圧することができる。従っ
て、本実施例の屈曲水晶振動子から構成される水晶発振
器は基本波モード振動の周波数が出力信号として得ら
れ、かつ、高い周波数安定性(優れた時間精度)を有す
る。換言するならば、本実施例の水晶発振器はエージン
グによる周波数変化が極めて小さく成るという著しい効
果を有する。また、本発明の基本波モード振動の基準周
波数は既に述べたように、10kHz〜200kHzが
用いられる。特に、32.768kHzは広く使用さ
れ、例えば、その周波数偏差は−100PPM〜+10
0PPMの範囲内にあるように周波数調整される。
More specifically, due to the configuration of the tuning fork shape, the groove, the electrode, and the dimensions thereof, the figurer of merit M 1 of the fundamental mode vibration becomes larger than the figurer of merit M n of the harmonic mode vibration. That is, M 1 > M n .
However, n represents the vibration order of harmonic mode vibration, and n =
In the case of 2 and 3, it is the Figurer of merit of the second and third harmonic mode vibration. As an example, the frequency of fundamental mode vibration is 32.768 kHz, and W 2 /W=0.5, t
When 1 / t = 0.34, 1 1/1 = 0.48, variations due to manufacturing occur, but M 1 and M 2 of the tuning fork-shaped bent crystal resonator are M 1 > 65 and M 2 <30, respectively. Becomes
That is, high inductivity and good electromechanical conversion efficiency (capacity ratio r
1 and the equivalent series resistance R 1 is small), and a bent quartz oscillator vibrating in the fundamental mode having a large quality coefficient can be obtained. As a result, the frequency stability of the fundamental mode vibration is better than that of the second harmonic mode vibration, and
Second harmonic mode vibration can be suppressed. Therefore, the crystal oscillator constituted by the bent crystal oscillator of the present embodiment can obtain the frequency of the fundamental mode vibration as an output signal and has high frequency stability (excellent time accuracy). In other words, the crystal oscillator of this embodiment has a remarkable effect that the frequency change due to aging becomes extremely small. Further, as described above, the reference frequency of the fundamental mode vibration of the present invention is 10 kHz to 200 kHz. In particular, 32.768 kHz is widely used, and for example, its frequency deviation is -100PPM to +10.
The frequency is adjusted so that it is within the range of 0 PPM.

【0022】図4は本発明の第2実施例の屈曲モードで
振動する音叉形状の水晶振動子45の上面図である。音
叉形状の屈曲水晶振動子45は、音叉腕46,47と音
叉基部48とを具えて構成されている。即ち、音叉腕4
6,47の一端部が音叉基部48に接続されている。本
実施例では、音叉基部48に切り欠き部53、54が設
けられている。又、音叉腕46、47には中立線51、
52を挟んで(含む)溝49、50が設けられている。
更に、本実施例では溝49、50は音叉腕46、47の
一部に設けられていて、溝49、50はそれぞれ幅W
と長さ1を有する。更に詳述するならば、溝の面積S
=W×1で示し、Sは0.025〜0.12mm
の値を有するように構成される。このように溝の面積を
構成する理由は化学的エッチング法による溝の形成が容
易で、しかも、電気機械変換効率が良くなる溝の形成が
できる。と同時に、基本波モード振動の品質係数Q値の
高い屈曲モードで振動する音叉形状の水晶振動子が得ら
れる。その結果、出力信号が基本波モード振動の周波数
である水晶発振器が実現できる。
FIG. 4 is a top view of a tuning fork-shaped crystal unit 45 vibrating in the bending mode according to the second embodiment of the present invention. The tuning fork-shaped bent crystal oscillator 45 is configured to include tuning fork arms 46 and 47 and a tuning fork base portion 48. That is, tuning fork arm 4
One end of 6, 47 is connected to the tuning fork base 48. In the present embodiment, the tuning fork base portion 48 is provided with cutout portions 53 and 54. Further, the tuning fork arms 46 and 47 have a neutral line 51,
Grooves 49 and 50 are provided so as to sandwich (include) 52.
Further, in this embodiment, the grooves 49 and 50 are provided in a part of the tuning fork arms 46 and 47, and the grooves 49 and 50 have a width W 2 respectively.
And has a length 1 1 . More specifically, the groove area S
= Indicated W 2 × 1 1, S is 0.025~0.12Mm 2
Is configured to have a value of. The reason for forming the groove area in this way is that the groove can be easily formed by the chemical etching method, and further the groove can be formed so that the electromechanical conversion efficiency is improved. At the same time, a tuning-fork-shaped crystal oscillator that vibrates in a bending mode having a high quality factor Q value of fundamental mode vibration can be obtained. As a result, it is possible to realize a crystal oscillator in which the output signal is the frequency of fundamental mode vibration.

【0023】上記溝の面積Sでは、溝と音叉腕を別々の
工程で加工できる。しかし、音叉腕とそれに設けられた
溝を同時に加工するには、音叉腕の厚みtと溝幅W
音叉腕の間隔Wと面積Sを最適寸法にする必要が有
る。即ち、音叉腕の厚みtが0.06mm〜0.15m
mのとき、溝幅Wが0.02mm〜0.068mmの
範囲内に、更に、面積Sは0.023mm〜0.08
8mmの範囲内にあり、間隔Wは0.05mm〜
0.35mmとなるように構成される。このように構成
する理由は水晶の結晶性を利用し、その結晶性から貫通
穴でない溝(音叉腕の長さ方向に分割された溝を含む)
と音叉形状を同時に形成することができる。また、図4
には示されていないが、音叉腕46,47の下面にも溝
49,50と対抗する位置に溝が設けられている。
With the area S of the groove, the groove and the tuning fork arm can be processed in separate steps. However, in order to simultaneously process the tuning fork arm and the groove provided therein, it is necessary to optimize the thickness t of the tuning fork arm, the groove width W 2 , the spacing W 4 of the tuning fork arm, and the area S. That is, the thickness t of the tuning fork arm is 0.06 mm to 0.15 m.
When m, the groove width W 2 is within the range of 0.02 mm to 0.068 mm, and the area S is 0.023 mm 2 to 0.08.
It is in the range of 8 mm 2 , and the interval W 4 is 0.05 mm to
It is configured to be 0.35 mm. The reason for configuring in this way is to utilize the crystallinity of quartz, and due to its crystallinity, a groove that is not a through hole (including a groove divided in the length direction of the tuning fork arm).
And the tuning fork shape can be formed at the same time. Also, FIG.
Although not shown in FIG. 3, grooves are also provided on the lower surfaces of the tuning fork arms 46 and 47 at positions facing the grooves 49 and 50.

【0024】更に、音叉基部48に設けられた切り欠き
部53、54の音叉部側の幅寸法はWで与えられ、切
り欠き部53、54の端部側の寸法はWで与えられ
る。そして、音叉基部48の端部側で表面実装型のケー
スや円筒型のケースに半田や接着剤によって固定される
とき、振動子の振動エネルギーの損失を小さくするに
は、 固定による振動部のエネルギー損失を小さくすることが
できる。図4で示されている音叉腕の腕幅W、部分幅W
、W、溝幅Wと間隔W及び溝の長さ1と音叉
振動子の全長1との関係は図3と同様な関係を有する。
Further, the width dimension of the notch portions 53, 54 provided on the tuning fork base portion 48 on the tuning fork portion side is given by W 5 , and the dimension of the notch portions 53, 54 on the end portion side is given by W 6. . When the end portion of the tuning fork base portion 48 is fixed to a surface mounting type case or a cylindrical type case with solder or adhesive, in order to reduce the loss of vibration energy of the vibrator, The energy loss of the vibrating part due to the fixing can be reduced. The arm width W and the partial width W of the tuning fork arm shown in FIG.
1, W 3, the relationship between the total length 1 of length 1 1 and the tuning fork vibrator of the groove width W 2 and the spacing W 4 and grooves have a similar relationship with FIG.

【0025】図5は本発明の第1実施例又は第2実施例
の水晶振動子を収納した水晶ユニットの一実施例の断面
図である。水晶ユニット170は音叉形状の屈曲水晶振
動子70、ケース71と蓋72を具えて構成されてい
る。更に詳述するならば、振動子70はケース71に設
けられた固定部74に導電性接着剤76や半田によって
固定される。又、ケース71と蓋72は接合部材73を
介して接合される。本実施例では、振動子70は図1と
図4で詳細に述べられた音叉形状の屈曲水晶振動子1
0、45の内の一個と同じ振動子である。又、水晶発振
器を構成する場合には、回路素子は水晶ユニットの外側
に接続される。即ち、音叉形状の屈曲水晶振動子のみが
ユニット内に収納されている。この時、屈曲水晶振動子
は真空中のユニット内に収納されている。本実施例で
は、表面実装型の水晶ユニットを示したが、円筒型のユ
ニットに屈曲水晶振動子を収納しても良い。即ち、円筒
型の水晶ユニットが得られる。
FIG. 5 is a sectional view of an embodiment of a crystal unit accommodating the crystal resonator according to the first or second embodiment of the present invention. The crystal unit 170 includes a tuning fork-shaped bent crystal oscillator 70, a case 71, and a lid 72. More specifically, the vibrator 70 is fixed to the fixing portion 74 provided on the case 71 with a conductive adhesive 76 or solder. Further, the case 71 and the lid 72 are joined via the joining member 73. In this embodiment, the oscillator 70 is a tuning fork-shaped bent crystal oscillator 1 described in detail with reference to FIGS. 1 and 4.
It is the same oscillator as one of 0 and 45. Further, when configuring a crystal oscillator, the circuit element is connected to the outside of the crystal unit. That is, only the tuning fork-shaped bent crystal oscillator is stored in the unit. At this time, the bent crystal unit is housed in a unit in vacuum. Although the surface mount type crystal unit is shown in the present embodiment, the bent crystal unit may be housed in the cylindrical unit. That is, a cylindrical crystal unit is obtained.

【0026】更に、ケースの部材はセラミックスかガラ
ス、蓋の部材は金属かガラス、そして、接合部材は金属
か低融点ガラスでできている。又、本実施例で述べられ
た振動子とケースと蓋との関係は以下に述べられる図8
の水晶発振器にも適用される。
Further, the case member is made of ceramics or glass, the lid member is made of metal or glass, and the joining member is made of metal or low melting point glass. The relationship between the vibrator, the case, and the lid described in this embodiment is shown in FIG.
Also applied to the crystal oscillator.

【0027】図6は本発明の水晶振動子を搭載した水晶
発振器を構成する水晶発振回路図の一実施例である。本
実施例では、水晶発振回路1は増幅器(CMOSインバ
ータ)2、帰還抵抗4、ドレイン抵抗7、コンデンサー
5,6と音叉形状の屈曲水晶振動子3から構成されてい
る。即ち、水晶発振回路1は、増幅器2と帰還抵抗4か
ら成る増幅回路8とドレイン抵抗7、コンデンサー5,
6と屈曲水晶振動子3から成る帰還回路9から構成され
ている。更に、基本波モードで振動する音叉形状の屈曲
水晶振動子3を具えて構成される水晶発振回路1の出力
信号はバッフア回路(図示されていない)を通してドレ
イン側から出力される。即ち、基本波モード振動の周波
数がバッフア回路を通して出力信号として出力される。
本発明では、基本波モード振動の周波数は10kHz〜
200kHzが用いられる。又、本発明では、前記出力
信号の周波数を分周回路又は逓倍回路によって分周又は
逓倍された周波数も基本波モード振動の周波数に含まれ
る。さらに詳細には、本実施例の水晶発振器は水晶発振
回路とバッフア回路とを具えて構成されている。換言す
るならば、水晶発振回路は増幅回路と帰還回路から構成
され、増幅回路は少なくとも増幅器から構成され、帰還
回路は少なくとも音叉形状の屈曲水晶振動子とコンデン
サーから構成されている。又、本実施例の水晶発振器に
用いられる音叉形状の屈曲水晶振動子は既に図1から図
4で詳述されている。
FIG. 6 is an embodiment of a crystal oscillation circuit diagram which constitutes a crystal oscillator equipped with the crystal resonator of the present invention. In this embodiment, the crystal oscillation circuit 1 is composed of an amplifier (CMOS inverter) 2, a feedback resistor 4, a drain resistor 7, capacitors 5, 6 and a tuning fork-shaped bent crystal oscillator 3. That is, the crystal oscillation circuit 1 includes an amplifier circuit 8 including an amplifier 2 and a feedback resistor 4, a drain resistor 7, a capacitor 5,
6 and a feedback circuit 9 including a bent crystal unit 3. Further, the output signal of the crystal oscillating circuit 1 constituted by the tuning fork-shaped bent crystal oscillator 3 vibrating in the fundamental wave mode is output from the drain side through a buffer circuit (not shown). That is, the frequency of the fundamental wave mode vibration is output as an output signal through the buffer circuit.
In the present invention, the frequency of fundamental mode vibration is 10 kHz to
200 kHz is used. Further, in the present invention, the frequency of the fundamental wave mode vibration also includes the frequency obtained by dividing or multiplying the frequency of the output signal by the frequency dividing circuit or the frequency multiplying circuit. More specifically, the crystal oscillator of this embodiment is configured to include a crystal oscillation circuit and a buffer circuit. In other words, the crystal oscillation circuit is composed of an amplifier circuit and a feedback circuit, the amplifier circuit is composed of at least an amplifier, and the feedback circuit is composed of at least a tuning fork-shaped bent crystal oscillator and a capacitor. The tuning fork-shaped bent crystal oscillator used in the crystal oscillator of this embodiment has already been described in detail with reference to FIGS. 1 to 4.

【0028】図7は図6の帰還回路図を示す。今、屈曲
モードで振動する音叉形状の水晶振動子の角周波数をω
、ドレイン抵抗7の抵抗をR、コンデンサー5、6
の容量をC、C、水晶のクリスタルインピーダンス
をRei,入力電圧をV,出力電圧をVとすると、
帰還率βはβ=|V/|Vで定義され
る。但し、iは屈曲振動モードの振動次数を表し、例え
ば、i=1のとき、基本波モード振動、i=2のとき、
2次高調波モード振動、i=3のとき、3次高調波モー
ド振動である。即ち、i=nのとき、n次高調波モード
振動であるが、以下単に、高調波モード振動と言う。更
に、負荷容量CはC=C/(C+C)で
与えられ、C=C=CgsとRd>>Reiとする
と、帰還率βはβ=1/(1+kC )で与えら
れる。但し、kはω、R、Reiの関数で表され
る。又、Reiは近似的に等価直列抵抗Rに等しくな
る。
FIG. 7 shows the feedback circuit diagram of FIG. The angular frequency of a tuning fork-shaped crystal unit that vibrates in the bending mode is now ω
i , the resistance of the drain resistance 7 is R d , and the capacitors 5 and 6 are
Let C g be the capacitance of C d , C d be the crystal impedance of the crystal be R ei , be the input voltage be V 1 and be the output voltage be V 2 .
The feedback rate β i is defined by β i = | V 2 | i / | V 1 | i . However, i represents the vibration order of the bending vibration mode. For example, when i = 1, fundamental mode vibration, and when i = 2,
Second harmonic mode vibration, when i = 3, third harmonic mode vibration. That is, when i = n, the vibration is n-th harmonic mode vibration, but hereinafter simply referred to as harmonic mode vibration. Further, the load capacitance C L is given by C L = C g C d / (C g + C d ), and when C g = C d = C gs and Rd >> R ei , the feedback ratio β i is β i = It is given by 1 / (1 + kC L 2 ). However, k is represented by a function of ω i , R d , and R ei . Also, R ei is approximately equal to the equivalent series resistance R i .

【0029】このように、帰還率βと負荷容量C
の関係から、負荷容量Cが小さくなると、基本波振動
モードと高調波振動モードの共振周波数の帰還率はそれ
ぞれ大きくなることが良く分かる。それ故、負荷容量C
が小さくなると、基本波モード振動よりも高調波モー
ド振動の方が発振し易くなる。その理由は高調波モード
振動の最大振動振幅が基本波モード振動の最大振動振幅
より小さいために、発振持続条件である振幅条件と位相
条件を同時に満足するためである。また、本実施例の屈
曲水晶振動子を搭載した水晶発振器の負荷容量Cは、
消費電流を低減するために18pF以下が用いられる。
As described above, from the relationship between the feedback ratio β i and the load capacitance C L , if the load capacitance C L becomes smaller, the feedback ratios at the resonance frequencies of the fundamental vibration mode and the harmonic vibration mode may increase. I understand. Therefore, the load capacity C
When L becomes smaller, the harmonic mode vibration is more likely to oscillate than the fundamental wave mode vibration. The reason is that the maximum vibration amplitude of the harmonic mode vibration is smaller than the maximum vibration amplitude of the fundamental mode vibration, so that the amplitude condition and the phase condition that are the oscillation continuation conditions are satisfied at the same time. Further, the load capacitance C L of the crystal oscillator equipped with the bent crystal oscillator of the present embodiment is
18 pF or less is used to reduce the current consumption.

【0030】更に、本実施例の水晶発振回路を構成する
増幅回路の増幅部は負性抵抗−RLでその特性を示す
ことができる。i=1のとき基本波モード振動の負性抵
抗で、i=nのとき高調波モード振動の負性抵抗であ
る。即ち、n=2,3のとき、2次、3次高調波モード
振動の負性抵抗である。本実施例の水晶発振器は、増幅
回路の基本波モード振動の負性抵抗の絶対値|−RL
|と基本波モード振動の等価直列抵抗Rとの比が増幅
回路の高調波モード振動の負性抵抗の絶対値|−RL
|と高調波モード振動の等価直列抵抗Rとの比より大
きくなるように発振回路が構成されている。即ち、|−
RL|/R>|−RL|/Rを満足するように
構成されている。このように水晶発振回路を構成するこ
とにより、高調波モード振動の発振起動が抑えられ、そ
の結果、基本波モード振動の発振起動が得られるので基
本波モード振動の周波数が出力信号として得られる。
Further, the amplifying portion of the amplifying circuit which constitutes the crystal oscillating circuit of this embodiment can exhibit its characteristic by the negative resistance -RL i . When i = 1, it is a negative resistance of fundamental mode vibration, and when i = n, it is a negative resistance of harmonic mode vibration. That is, when n = 2 and 3, it is the negative resistance of the second and third harmonic mode vibrations. The crystal oscillator of this embodiment has an absolute value of the negative resistance of the fundamental mode vibration of the amplifier circuit | -RL 1
The absolute value of the negative resistance of the harmonic mode vibration of the amplifier circuit | −RL n is the ratio of | and the equivalent series resistance R 1 of the fundamental mode vibration.
The oscillator circuit is configured so that it is larger than the ratio of | and the equivalent series resistance R n of harmonic mode vibration. That is, |-
It is configured to satisfy RL 1 | / R 1 > | −RL n | / R n . By configuring the crystal oscillating circuit in this manner, the oscillation start of the harmonic mode vibration is suppressed, and as a result, the oscillation start of the fundamental mode vibration is obtained, so that the frequency of the fundamental mode vibration is obtained as the output signal.

【0031】図8は本発明の第1実施例又は第2実施例
の水晶振動子を搭載した水晶発振器の一実施例の断面図
を示す。水晶発振器190は水晶発振回路とケース91
と蓋92とを具えて構成されている。本実施例では、水
晶発振回路はケース91と蓋92から成る水晶ユニット
内に収納されている。又、水晶発振回路は音叉形状の屈
曲水晶振動子90と帰還抵抗を含む増幅器98とコンデ
ンサー(図示されていない)とドレイン抵抗(図示され
ていない)とを具えて構成されていて、増幅器98はC
MOSインバータが用いられる。
FIG. 8 is a sectional view of an embodiment of a crystal oscillator equipped with the crystal resonator according to the first embodiment or the second embodiment of the present invention. The crystal oscillator 190 includes a crystal oscillator circuit and a case 91.
And a lid 92. In this embodiment, the crystal oscillator circuit is housed in a crystal unit including a case 91 and a lid 92. Further, the crystal oscillation circuit includes a tuning fork-shaped bent crystal oscillator 90, an amplifier 98 including a feedback resistor, a capacitor (not shown), and a drain resistor (not shown). C
A MOS inverter is used.

【0032】更に、本実施例では、振動子90はケース
91に設けられた固定部94に接着剤96や半田によっ
て固定される。これに対して、増幅器98はケース91
に固定されている。また、ケース91と蓋92は接合部
材93を介して接合されている。本実施例の振動子90
は図1と図4で詳細に述べられた音叉形状の屈曲水晶振
動子10、45の中の振動子が用いられる。
Further, in this embodiment, the vibrator 90 is fixed to the fixing portion 94 provided on the case 91 with an adhesive 96 or solder. On the other hand, the amplifier 98 has a case 91.
It is fixed to. Further, the case 91 and the lid 92 are joined via a joining member 93. Transducer 90 of this embodiment
The oscillators in the tuning fork-shaped bent crystal oscillators 10 and 45 described in detail in FIGS. 1 and 4 are used.

【0033】次に、本発明の水晶振動子の製造方法につ
いて述べる。上記音叉形状の屈曲水晶振動子は半導体の
技術を用いたフオトリソグラフィ法と化学的エッチング
法によって形成される。まず、研磨加工あるいはポリッ
シュ加工された水晶ウエハの上下面に金属膜(例えば、
クロムそしてその上に金)をスパッタリング法又は蒸着
法により形成する。次に、その金属膜の上にレジストが
塗布される。そして、フオトリソ工程により、それらレ
ジストと金属膜が音叉形状を残して除去された後、化学
的エッチング法により、音叉腕と音叉基部を具えた音叉
形状が形成される。この音叉形状を形成するときに、音
叉基部に切り欠き部を形成しても良い。更に、音叉形状
の面上に前記工程で示した金属膜とレジストが塗布さ
れ、フオトリソ工程と化学的エッチング法により、音叉
腕又は音叉腕と音叉基部に溝が形成される。
Next, a method of manufacturing the crystal unit of the present invention will be described. The tuning fork-shaped bent crystal oscillator is formed by a photolithography method and a chemical etching method using semiconductor technology. First, a metal film (for example,
Chromium and gold thereon is formed by sputtering or vapor deposition. Next, a resist is applied on the metal film. Then, after the resist and the metal film are removed by the photolithography process while leaving the tuning fork shape, a tuning fork shape including a tuning fork arm and a tuning fork base is formed by a chemical etching method. When forming this tuning fork shape, a notch may be formed in the tuning fork base. Further, the metal film and the resist shown in the above step are applied on the tuning fork-shaped surface, and grooves are formed in the tuning fork arm or the tuning fork arm and the tuning fork base by the photolithography step and the chemical etching method.

【0034】次に、溝を有する音叉形状に金属膜とレジ
ストが再び塗布されて、フオトリソ工程により、電極が
形成される。即ち、音叉腕の側面の電極と溝の側面の電
極は極性が異なるように対抗して配置される。さらに詳
述するならば、第1の音叉腕の側面電極と第2の音叉腕
の溝の電極は同極に、第1の音叉腕の溝の電極と第2の
音叉腕の側面電極は同極に構成され、第1の音叉腕の溝
の電極と側面電極は極性が異なるように構成される。即
ち。2電極端子が振動子に形成される。その結果、2電
極端子に交番電圧を印加する事により、音叉腕は逆相で
屈曲振動する。本実施例では、音叉形状の形成の後に溝
を音叉腕又は音叉腕と音叉基部に形成しているが、本発
明は前記実施例に限定されるものではなくて、まず、溝
を形成してから音叉形状を形成してもよい。又は、音叉
形状と溝を同時に形成しても良い。更に、この工程での
溝の寸法等については前記した寸法と同じであり既に述
べられているので、ここでは省略する。
Next, a metal film and a resist are applied again in the shape of a tuning fork having a groove, and an electrode is formed by a photolithography process. That is, the electrode on the side surface of the tuning fork arm and the electrode on the side surface of the groove are arranged so as to have opposite polarities. More specifically, the side electrode of the first tuning fork arm and the groove electrode of the second tuning fork arm have the same polarity, and the groove electrode of the first tuning fork arm and the side electrode of the second tuning fork arm have the same polarity. The electrodes of the groove of the first tuning fork arm and the side electrodes are configured to have different polarities. That is, Two-electrode terminals are formed on the vibrator. As a result, when an alternating voltage is applied to the two-electrode terminals, the tuning fork arm flexurally vibrates in reverse phase. In this embodiment, the groove is formed in the tuning fork arm or the tuning fork arm and the tuning fork base after forming the tuning fork shape, but the present invention is not limited to the above embodiment, and first, the groove is formed. May be formed into a tuning fork shape. Alternatively, the tuning fork shape and the groove may be formed at the same time. Further, the dimensions and the like of the grooves in this step are the same as those described above and have already been described, so they are omitted here.

【0035】この実施例の工程により、水晶ウエハには
多数個の音叉形状の屈曲水晶振動子が形成されている。
それ故、次の工程では、このウエハの状態で、最初の周
波数調整がレーザ又はプラズマエッチング又は蒸着にて
行われる。と共に、不良振動子はマーキングされるかウ
エハから取り除かれる。また、本工程では10kHz〜
200kHzの基準周波数に対して、周波数偏差は−9
000PPM〜+5000PPMの範囲内にあるように
周波数調整がなされる。更に、次の工程では、形成され
た振動子は表面実装型のケース、あるいは蓋又は円筒型
のケースのリード線に接着材あるいは半田等で固定され
る。その固定後に、第2回目の周波数調整がレーザ又は
プラズマエッチング又は蒸着にて行われる。本工程で
は、周波数偏差は−100PPM〜+100PPMの範
囲内にあるように周波数調整がなされる。又、本発明で
の固定後に周波数調整が行われるということは、固定後
すぐに周波数調整しても良いし、あるいは固定後にケー
スと蓋を接続した後に周波数調整をしても良い。即ち、
固定後にいかなる工程を入れても、その後に周波数調整
をすれば良く、本発明はこれらを全て包含するものであ
る。又、ケースと蓋を接続した後の周波数調整はガラス
を介してレーザで行われる。
By the process of this embodiment, a large number of tuning fork-shaped bent crystal oscillators are formed on the crystal wafer.
Therefore, in the next step, in this wafer state, the first frequency adjustment is performed by laser or plasma etching or vapor deposition. At the same time, the defective oscillator is marked or removed from the wafer. In this process, 10 kHz-
The frequency deviation is -9 with respect to the reference frequency of 200 kHz.
The frequency is adjusted so that it is within the range of 000 PPM to +5000 PPM. Further, in the next step, the formed vibrator is fixed to the lead wire of the surface mount type case, the lid or the cylindrical type case with an adhesive or solder. After the fixing, the second frequency adjustment is performed by laser or plasma etching or vapor deposition. In this step, frequency adjustment is performed so that the frequency deviation is within the range of −100 PPM to +100 PPM. Further, in the present invention, the frequency adjustment performed after the fixing means that the frequency adjustment may be performed immediately after the fixing, or the frequency adjustment may be performed after the case and the lid are connected after the fixing. That is,
Even if any step is performed after fixing, the frequency adjustment may be performed after that, and the present invention includes all of these. Further, the frequency adjustment after connecting the case and the lid is performed by a laser through the glass.

【0036】尚、第3回目の周波数調整がなされるとき
には、前記2回目の周波数調整による周波数偏差は−9
50PPM〜+950PPMの範囲内にあるように周波
数調整がなされる。又、上記実施例では、前記ウエハの
状態で、最初の周波数調整を行い、それと共に、不良振
動子はマーキングされるかウエハから取り除かれている
が、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明は水
晶ウエハにできた多数個の音叉形状の屈曲水晶振動子を
ウエハの状態で検査し、良振動子か不良振動子かを検査
する工程を含めば良い。即ち、不良振動子はマーキング
されるか、ウエハから取り除かれるか、コンピュタに記
憶される。このような工程を含むことにより、不良振動
子を早く見つけることができ、次工程に流れないので、
歩留まりを上げることができる。その結果、安価な屈曲
水晶振動子を得る事ができる。
When the third frequency adjustment is performed, the frequency deviation due to the second frequency adjustment is -9.
The frequency is adjusted so that it is within the range of 50 PPM to +950 PPM. Further, in the above embodiment, the first frequency adjustment is performed in the state of the wafer, and at the same time, the defective oscillator is marked or removed from the wafer, but the present invention is not limited to this. The present invention may include a step of inspecting a large number of tuning fork-shaped bent crystal oscillators formed on a crystal wafer in a wafer state and inspecting whether the oscillator is a good oscillator or a defective oscillator. That is, the defective oscillator is marked, removed from the wafer, or stored in the computer. By including such a process, it is possible to quickly find a defective vibrator and not to the next process.
The yield can be increased. As a result, an inexpensive bent crystal oscillator can be obtained.

【0037】更に、周波数調整後に、前記振動子はケー
スと蓋となるユニットに真空中で収納され、水晶ユニッ
トが得られる。蓋がガラスで構成されているときには、
収納後、第3回目の周波数調整がレーザにて行われる。
本工程では、周波数偏差は−50PPM〜+50PPM
の範囲内にあるように周波数調整がなされる。本実施例
では、周波数調整は3回の別々の工程で行われるが、少
なくとも2回の別々の工程で行えば良い。例えば、第3
回目の工程の周波数調整はしなくても良い。更に次の工
程では、前記した振動子の2電極端子が増幅器とコンデ
ンサと抵抗素子に電気的に接続される。換言するなら
ば、増幅回路はCMOSインバータと帰還抵抗素子とを
具えて構成され、帰還回路は音叉形状の屈曲水晶振動子
とドレイン抵抗素子とゲート側のコンデンサとドレイン
側のコンデンサとを具えて構成されるように電気的に接
続される。又、前記第3回目の周波数調整は水晶発振回
路を構成後に行っても良い。
Further, after the frequency adjustment, the vibrator is housed in a unit that serves as a case and a lid in a vacuum to obtain a crystal unit. When the lid is made of glass,
After the storage, the third frequency adjustment is performed by the laser.
In this step, the frequency deviation is −50 PPM to +50 PPM.
The frequency is adjusted to be within the range. In this embodiment, the frequency adjustment is performed in three separate steps, but it may be performed in at least two separate steps. For example, the third
It is not necessary to adjust the frequency in the second process. Further, in the next step, the above-mentioned two-electrode terminal of the vibrator is electrically connected to the amplifier, the capacitor and the resistance element. In other words, the amplifier circuit includes a CMOS inverter and a feedback resistance element, and the feedback circuit includes a tuning fork-shaped bent crystal oscillator, a drain resistance element, a gate side capacitor, and a drain side capacitor. Electrically connected as described above. The third frequency adjustment may be performed after the crystal oscillation circuit is constructed.

【0038】以上、図示例に基づき説明したが、この発
明は上述の例に限定されるものではなく、上記第1実施
例と第2実施例の音叉形状の屈曲水晶振動子では、音叉
腕又は音叉腕と音叉基部に溝を設けているが、例えば、
音叉腕に貫通穴(t=0)を設けてもよい。即ち、貫
通穴は溝の特別の場合で、本発明の溝は前記貫通穴をも
包含するものである。又、上記実施例では、音叉腕は2
本で構成されているが、本発明は3本以上の音叉腕を包
含するものである。この場合、少なくとも2本の音叉腕
が逆相で振動するように電極が構成されていれば良い。
Although the invention has been described above based on the illustrated example, the invention is not limited to the above-mentioned example, and the tuning fork arm or the tuning fork arm is used in the bending fork-shaped crystal resonators of the first and second embodiments. Grooves are provided on the tuning fork arm and the tuning fork base.
A through hole (t 1 = 0) may be provided in the tuning fork arm. That is, the through hole is a special case of the groove, and the groove of the present invention includes the through hole. In the above embodiment, the tuning fork arm has 2
Although composed of a book, the present invention includes three or more tuning fork arms. In this case, the electrodes may be configured so that at least two tuning fork arms vibrate in opposite phases.

【0039】更に、本実施例では、溝が中立線を挟む
(含む)ように音叉腕に設けられているが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、中立線を残して、その両側
に溝を形成しても良い。この場合、音叉腕の中立線を含
めた部分幅Wは0.05mmより小さくなるように構
成される。又、各々の溝の幅は0.04mmより小さく
なるように構成され、溝の厚みtと音叉腕の厚みtの
比は0.79以下に成るように構成される。このような
構成により、MをMより大きくする事ができる。
Further, in this embodiment, the groove is provided on the tuning fork arm so as to sandwich (include) the neutral line, but the present invention is not limited to this, and the neutral line is left and both sides thereof are left. You may form a groove | channel in it. In this case, the partial width W 7 including the neutral line of the tuning fork arm is configured to be smaller than 0.05 mm. The width of each groove is smaller than 0.04 mm, and the ratio of the groove thickness t 1 to the tuning fork arm thickness t is 0.79 or less. With such a configuration, M 1 can be made larger than M n .

【0040】更に、第1実施例と第2実施例の音叉形状
の屈曲水晶振動子の基本波モード振動での容量比r
2次高調波モード振動での容量比rより小さくなるよ
うに構成されている。このような構成により、同じ負荷
容量Cの変化に対して、基本波モードで振動する屈曲
水晶振動子の周波数変化が2次高調波モードで振動する
屈曲水晶振動子の周波数変化より大きくなる。即ち、基
本波モード振動の方が2次高調波モード振動より周波数
の可変範囲を広くとることができる。さらに詳細には、
例えば、負荷容量C=18pFのとき、そのC値が
1pF変わると、基本波モード振動の周波数変化は2次
高調波モード振動の周波数変化より大きくなる。それ
故、基本波モード振動では、負荷容量Cの可変量が小
さくても、周波数の可変範囲を広くできるという著しい
効果を有する。これにより、コンデンサーの可変容量の
範囲を小さくできるので、用いるコンデンサーの数を少
なくできる。その結果、本実施例の音叉形状の屈曲水晶
振動子を用いることにより安価な水晶発振器が得られ
る。
Further, the capacitance ratio r 1 in the fundamental mode vibration of the tuning fork-shaped bent quartz crystal vibrators of the first and second embodiments is set to be smaller than the capacitance ratio r 2 in the second harmonic mode vibration. Is configured. With such a configuration, with respect to the same change in the load capacitance C L , the frequency change of the bent crystal resonator vibrating in the fundamental mode becomes larger than the frequency change of the bent crystal resonator vibrating in the second harmonic mode. That is, the variable range of the frequency of the fundamental mode vibration can be wider than that of the second harmonic mode vibration. More specifically,
For example, when the load capacitance C L = 18 pF and the C L value changes by 1 pF, the frequency change of the fundamental mode vibration becomes larger than the frequency change of the second harmonic mode vibration. Therefore, the fundamental mode vibration has a remarkable effect that the variable range of the frequency can be widened even if the variable amount of the load capacitance C L is small. As a result, the range of variable capacitance of the capacitors can be reduced, so that the number of capacitors used can be reduced. As a result, an inexpensive crystal oscillator can be obtained by using the tuning fork-shaped bent crystal oscillator of this embodiment.

【0041】また、音叉形状の屈曲水晶振動子の容量比
、rはそれぞれr=C/C、r=C
で与えられる。但し、Cは等価回路の並列容量
で、CとCは等価回路の基本波モード振動と2次高
調波モード振動の等価容量である。更に、音叉形状の屈
曲水晶振動子の基本波モード振動と2次高調波モード振
動の品質係数はQ値とQ値で与えられる。そして、
前記実施例の音叉形状の屈曲水晶振動子は、基本波モー
ドで振動する共振周波数の並列容量による依存性が2次
高調波モードで振動する共振周波数の並列容量による依
存性より小さく成るように構成される。即ち、r/2
<r/2Q を満たすように構成されてい
る。このような構成により、基本波モードで振動する共
振周波数の並列容量による影響が無視できるほど極めて
小さくなるので、高い周波数安定性を有する基本波モー
ドで振動する屈曲水晶振動が得られる。又、本発明で
は、r/2Q とr/2Q をそれぞれS
と置き、SとSをそれぞれ基本波モード振動と
2次高調波モード振動の周波数安定係数と呼ぶ。即ち、
=r/2Q とS=r/2Q で与えら
れる。
The capacitance ratios r 1 and r 2 of the tuning fork-shaped bent crystal oscillator are r 1 = C 0 / C 1 and r 2 = C 0 /
Given by C 2 . However, C 0 is the parallel capacitance of the equivalent circuit, and C 1 and C 2 are the equivalent capacitances of the fundamental wave mode vibration and the second harmonic mode vibration of the equivalent circuit. Furthermore, the quality factors of the fundamental mode vibration and the second harmonic mode vibration of the tuning fork-shaped bent crystal oscillator are given by Q 1 and Q 2 values. And
The tuning fork-shaped bent quartz crystal resonator of the above embodiment is configured such that the dependence of the resonance frequency oscillating in the fundamental mode on the parallel capacitance is smaller than the dependence of the resonance frequency oscillating on the second harmonic mode on the parallel capacitance. To be done. In other words, r 1/2
It is configured to satisfy Q 1 2 <r 2 / 2Q 2 2 . With such a configuration, the influence of the parallel capacitance on the resonance frequency that vibrates in the fundamental mode is so small that it can be neglected, so that bending quartz vibration that vibrates in the fundamental mode having high frequency stability can be obtained. Further, in the present invention, r 1 / 2Q 1 2 and r 2 / 2Q 2 2 are set as S 1 and S 2 , respectively, and S 1 and S 2 are set to the frequency stabilization of the fundamental mode vibration and the second harmonic mode vibration, respectively. Called the coefficient. That is,
Given by S 1 = r 1 / 2Q 1 2 and S 2 = r 2 / 2Q 2 2 .

【0042】更に、本実施例の屈曲水晶振動子の音叉形
状と溝は化学的、物理的と機械的方法の内の少なくとも
一つの方法を用いて加工される。物理的方法では、例え
ば、イオン化した原子、分子を飛散させて加工するもの
である。又、機械的方法では、例えば、ブラスト加工用
の粒子を飛散させて加工するものである。
Further, the tuning fork shape and the groove of the bent crystal unit of this embodiment are processed by at least one of chemical, physical and mechanical methods. In the physical method, for example, ionized atoms and molecules are scattered and processed. In the mechanical method, for example, particles for blast processing are scattered and processed.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の水晶振動子
とその製造方法を提供する事により多くの効果が得られ
ることを既に述べたが、その中でも特に、次の如き著し
い効果が得られる。 (1)音叉形状の屈曲水晶振動子の基本波モード振動の
フイガーオブメリットMが高調波モード振動のフイガ
ーオブメリットMより大きいので、高い周波数安定性
を有する基本波モードで振動する水晶振動子が得られ
る。 (2)音叉形状と溝をフォトリソグラフィ法と化学的エ
ッチング法によって形成でき、量産性に優れ、更に1枚
の水晶ウェハ上に多数個の振動子を一度にバッチ処理に
て形成できるので、安価な水晶振動子が得られる。と同
時に、それを具えた安価な水晶ユニットと水晶発振器が
実現できる。 (3)基本波モード振動のフイガーオブメリットM
高調波モード振動のフイガーオブメリットMより大き
い音叉形状の屈曲水晶振動子を具えて水晶発振器は構成
されるので、出力信号が基本波モード振動の周波数が得
られると共に、高い周波数安定性を有する水晶発振器が
実現できる。即ち、高い時間精度を有する水晶発振器が
実現できる。
As described above, it has already been described that many effects can be obtained by providing the crystal resonator of the present invention and the method for manufacturing the same, but in particular, the following remarkable effects can be obtained. To be (1) Since the figurer-of-merit M 1 of the fundamental mode vibration of the bending quartz crystal in the tuning fork shape is larger than the figurer-of-merit M n of the harmonic mode vibration, the fundamental quartz mode vibrates with high frequency stability. A crystal oscillator is obtained. (2) The tuning fork shape and the groove can be formed by photolithography and chemical etching methods, which is excellent in mass productivity, and moreover, a large number of vibrators can be formed on one quartz wafer at a time by batch processing, so it is inexpensive. It is possible to obtain various crystal units. At the same time, an inexpensive crystal unit and crystal oscillator equipped with it can be realized. (3) The crystal oscillator is configured with a bending crystal oscillator having a tuning fork shape in which the figurer of merit M 1 of the fundamental wave mode vibration is larger than the figurer of merit of the harmonic mode vibration M n. It is possible to obtain a crystal oscillator having a high frequency stability while obtaining the frequency of wave mode vibration. That is, a crystal oscillator with high time accuracy can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1実施例の屈曲モードで振動する
音叉形状の水晶振動子の外観図とその座標系を示す。
FIG. 1 is an external view of a tuning fork-shaped crystal unit vibrating in a bending mode according to a first embodiment of the present invention and its coordinate system.

【図2】 図1の音叉形状の屈曲水晶振動子の音叉基部
のD−D′断面図を示す。
2 is a cross-sectional view of the tuning fork base portion of the tuning fork-shaped bent crystal resonator of FIG.

【図3】 図1の音叉形状の屈曲水晶振動子の上面図を
示す。
FIG. 3 shows a top view of the tuning fork-shaped bent crystal unit of FIG.

【図4】 本発明の第2実施例の屈曲モードで振動する
音叉形状の水晶振動子の上面図である。
FIG. 4 is a top view of a tuning fork-shaped crystal resonator vibrating in a bending mode according to a second embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第1実施例又は第2実施例の音叉形
状の屈曲水晶振動子を収納した水晶ユニットの一実施例
の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of an embodiment of a crystal unit accommodating a tuning fork-shaped bent crystal oscillator according to the first embodiment or the second embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の音叉形状の屈曲水晶振動子を搭載し
た水晶発振器を構成する水晶発振回路図の一実施例であ
る。
FIG. 6 is an example of a crystal oscillation circuit diagram that constitutes a crystal oscillator in which a tuning fork-shaped bent crystal oscillator of the present invention is mounted.

【図7】 図7は図6の帰還回路図を示す。FIG. 7 shows a feedback circuit diagram of FIG.

【図8】 図8は本発明の第1実施例又は第2実施例の
音叉形状の屈曲水晶振動子を搭載した水晶発振器の一実
施例の断面図を示す。
FIG. 8 is a cross-sectional view of an embodiment of a crystal oscillator equipped with a tuning fork-shaped bent crystal oscillator according to the first embodiment or the second embodiment of the present invention.

【図9】 従来の音叉形状の屈曲水晶振動子の斜視図と
その座標系を示す。
FIG. 9 shows a perspective view of a conventional tuning fork-shaped bent crystal unit and its coordinate system.

【図10】 図9の音叉形状水晶振動子の音叉腕の断面
図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a tuning fork arm of the tuning fork crystal oscillator shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

溝幅 W 音叉腕の腕幅 W,W 音叉腕の部分幅 W 音叉腕の間隔 W 音叉腕の中立線を含む部分幅 1 溝の長さ 1 音叉基部の長さ 1 音叉形状の屈曲水晶振動子の全長 t 音叉腕又は音叉腕と音叉基部の厚み t 溝の厚みW 2 Groove width W Arm width of tuning fork arm W 1 , W 3 Partial width of tuning fork arm W 4 Distance between tuning fork arms W 7 Part width including neutral line of tuning fork arm 1 Groove length 1 2 Length of tuning fork base 1 Length of tuning fork-shaped bent crystal unit t Thickness of tuning fork arm or tuning fork arm and tuning fork base t 1 Thickness of groove

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 屈曲モードで振動する音叉腕と音叉基部
とを具えて構成される音叉形状の屈曲水晶振動子で、前
記音叉腕は上面と下面と側面とを有し、前記音叉形状の
音叉腕に溝が設けられ、前記溝と前記音叉腕の側面に電
極が配置され、前記溝の側面の電極とその電極に対抗す
る音叉腕の側面の電極とが互いに異極で、かつ、前記音
叉腕が逆相で振動するように溝と電極を構成し、更に、
前記音叉形状の屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフ
イガーオブメリットMが高調波モード振動のフイガー
オブメリットMより大きい事を特徴とする水晶振動
子。
1. A tuning fork-shaped bent quartz crystal resonator comprising a tuning fork arm vibrating in a bending mode and a tuning fork base, wherein the tuning fork arm has an upper surface, a lower surface and a side surface, and the tuning fork shaped tuning fork. A groove is provided in the arm, an electrode is arranged on the side surface of the groove and the side of the tuning fork arm, an electrode on the side surface of the groove and an electrode on the side surface of the tuning fork arm that opposes the electrode have different polarities, and the tuning fork Configure the groove and electrode so that the arm vibrates in the opposite phase, and further,
A crystal resonator, wherein the tuning fork-shaped bent crystal resonator has a figurer of merit M 1 of fundamental mode vibration larger than a figurer of merit M n of harmonic mode vibration.
【請求項2】 屈曲モードで振動する音叉腕と音叉基部
とを具えて構成される音叉形状の屈曲水晶振動子の製造
方法で、前記音叉腕は上面と下面と側面とを有し、前記
音叉形状の音叉腕に溝が設けられ、前記溝と前記音叉腕
の側面に電極が配置され、前記溝の側面の電極とその電
極に対抗する音叉腕の側面の電極とが互いに異極で、か
つ、前記音叉腕が逆相で振動するように溝と電極を形成
する工程、と前記音叉形状の屈曲水晶振動子を表面実装
型あるいは円筒型のユニットに収納する工程、とを有
し、前記音叉形状の屈曲水晶振動子の基本波モード振動
のフイガーオブメリットMが高調波モード振動のフイ
ガーオブメリットMより大きい事を特徴とする水晶振
動子の製造方法。
2. A method of manufacturing a tuning fork-shaped bent quartz crystal resonator comprising a tuning fork arm vibrating in a bending mode and a tuning fork base, wherein the tuning fork arm has an upper surface, a lower surface and a side surface. A groove is provided in the shaped tuning fork arm, electrodes are arranged on the side surfaces of the groove and the tuning fork arm, and an electrode on the side surface of the groove and an electrode on the side surface of the tuning fork arm opposite to the electrode have different polarities, and And a step of forming a groove and an electrode so that the tuning fork arm vibrates in an opposite phase, and a step of housing the tuning fork-shaped bent quartz crystal unit in a surface mount type or cylindrical type unit. method for manufacturing a quartz oscillator off Iga of merit M 1 of the fundamental wave mode vibration shapes of the bent crystal oscillator, characterized in that greater than full Iga of merit M n harmonic mode vibration.
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