JP2014179769A - 水晶振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＩ値を低減することが可能な水晶振動子を提供し、当該水晶振動子を備え、信頼性に優れた発振器、電子機器及び電波時計を提供すること。
【解決手段】水晶振動片３の第一主面３１ａ又は第二主面３１ｂのうち表裏の搭載電極同士を接続する側面電極が形成された部分には、側面３１ｃ、３１ｄにかけて水晶振動片３の厚さが薄くなるように傾斜する傾斜部３１ｆ、３１ｇが形成されているため、側面電極の厚さ方向の寸法を小さくすることができる。これにより、側面電極における電気抵抗値を低減することが可能となるため、ＣＩ値を低減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、水晶振動子、発振器、電子機器及び電波時計に関する。

携帯電話や携帯情報端末機器、電波時計等には、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として、例えば水晶を利用した水晶振動子が用いられている。このような水晶振動子として、例えば水晶振動片と、当該水晶振動片を実装するベース部材と、当該ベース部材との間で水晶振動片を封止するリッド部材を備えた構成が知られている。

特開２００７−２６７１０１号公報

ところで、近年では、水晶振動片の小型化に伴い、水晶振動片の周縁部での輪郭振動の影響が無視できなくなるおそれが生じている。また、かかる水晶振動片の周縁部における側面電極の抵抗が増加するおそれが生じている。このため、クリスタルインピーダンス（ＣＩ値）が上昇する恐れが生じている。

以上のような事情に鑑み、本発明は、ＣＩ値を低減することが可能な水晶振動子を提供することを目的とする。また、当該水晶振動子を備えた発振器、電子機器及び電波時計を提供することを目的とする。

本発明に係る水晶振動子は、第一主面、第二主面及び側面を有する水晶振動片と、前記水晶振動片が実装されるベース部材を有するパッケージとを備え、前記水晶振動片は、前記第一主面及び前記第二主面にそれぞれ形成される励振電極と、前記第一主面及び前記第二主面にそれぞれ一対ずつ形成され、前記励振電極に接続された搭載電極と、前記側面に形成され、前記第一主面に形成された一の前記搭載電極と、前記第二主面に形成された一の前記搭載電極とを接続する側面電極とを有し、前記第一主面又は前記第二主面のうち前記側面電極が形成された部分には、前記側面にかけて前記水晶振動片の厚さが薄くなるように傾斜する傾斜部が形成されている。

本発明によれば、水晶振動片の第一主面又は第二主面のうち搭載電極同士を接続する側面電極が形成された部分には、側面にかけて水晶振動片の厚さが薄くなるように傾斜する傾斜部が形成されているため、側面電極の厚さ方向の寸法を小さくすることができる。これにより、側面電極における電気抵抗値を低減することが可能となるため、ＣＩ値を低減することができる。

上記の水晶振動子において、前記搭載電極は、一方向が長手に形成されていると共に、長辺側が前記側面電極と接続されており、前記側面電極は、前記一方向において前記搭載電極の長辺の寸法に対応した寸法に形成されている。
本発明によれば、搭載電極が一方向が長手に形成されていると共に、搭載電極の長辺側が側面電極と接続されており、側面電極が一方向において搭載電極の長辺の寸法に対応した寸法に形成されているため、側面電極の電気抵抗値を低減することが可能となる。これにより、ＣＩ値を低減することができる。

上記の水晶振動子において、前記水晶振動片は、前記第一主面及び前記第二主面のうち前記傾斜部が設けられた面とは異なる面が前記ベース部材に向けられている。
本発明によれば、水晶振動片において第一主面及び第二主面のうち傾斜部が設けられた面とは異なる面がベース部材に向けられているため、ベース部材との間で良好な実装を確保することができる。

上記の水晶振動子において、前記傾斜部は、水晶の自然結晶面である。
本発明によれば、傾斜部として水晶の自然結晶面を用いることにより、水晶振動片に対して傾斜面を容易に形成することができる。

上記の水晶振動子において、前記自然結晶面は、ｍ面である。
本発明によれば、傾斜部として水晶の自然結晶面のうちｍ面を用いることにより、水晶振動片の角部に対して傾斜面を容易に形成することができる。

上記の水晶振動子において、前記水晶振動片は、ＡＴカットされた水晶片を有し、前記水晶片は、Ｚ方向に長手に形成されている。
本発明によれば、水晶振動片がＡＴカットされた水晶片を有し、当該水晶片がＺ方向に長手に形成されているため、水晶振動片の角部に対してｍ面を容易に形成することができる。

本発明に係る発振器は、上記本発明に係る水晶振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されている。また、本発明に係る電子機器は、上記本発明に係る水晶振動子が、計時部に電気的に接続されている。本発明に係る電波時計は、上記本発明に係る水晶振動子が、フィルタ部に電気的に接続されている。
本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上記水晶振動子を備えているので、動作信頼性に優れた高品質な製品とすることができる。

本発明によれば、ＣＩ値を低減することが可能な水晶振動子を提供することができる。また、当該水晶振動子を備え、信頼性に優れた発振器、電子機器及び電波時計を提供することができる。

本実施形態に係る水晶振動子の構成を示す分解斜視図。 本実施形態に係る水晶振動子の構成を示す断面図。 本実施形態に係る水晶振動片の構成を示す平面図。 図３におけるＡ−Ａ断面に沿った構成を示す図である。 水晶振動子の製造過程を示す工程図。 発振器の一実施形態を示す構成図。 電子機器の一実施形態を示す構成図。 電波時計の一実施形態を示す構成図。 変形例に係る水晶振動片の構成を示す平面図。 図９におけるＢ−Ｂ断面に沿った構成を示す図である。 変形例に係る水晶振動片の構成を示す平面図。 図１１におけるＣ−Ｃ断面に沿った構成を示す図である。 変形例に係る水晶振動片の構成を示す平面図。 図１３におけるＤ−Ｄ断面に沿った構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る水晶振動子１の構成を示す分解斜視図である。図２は、水晶振動子１の構成を示す断面図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態の水晶振動子１は、内部に気密封止されたキャビティを有するパッケージ２と、キャビティ内に収容された上述した水晶振動片３と、を備えたセラミックパッケージタイプの表面実装型振動子とされている。

以下、各図の構成を説明する際には、ＸＹＺ座標系を用いる。当該ＸＹＺ座標系では、水晶振動片３の長手方向をＸ方向（又は長さ方向）と表記し、水晶振動片３の主面においてＺ方向に直交する方向をＺ方向（又は幅方向）と表記する。また、ＸＺ平面に垂直な方向をＹ方向（又は厚さ方向）と表記する。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、図中矢印方向を＋方向、矢印方向とは反対の方向を−方向として説明する。

パッケージ２は、ベース部材（パッケージ本体）１０と、このベース部材１０に対して接合されるリッド部材（封口板）２０とを有している。

ベース部材１０は、矩形に形成されており、底部１１及び側壁部１２を有している。ベース部材１０は、例えばセラミックスによって形成されている。その具体的なセラミックス材料としては、例えばアルミナ製のＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）や、ガラスセラミックス製のＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）等が挙げられる。なお、ベース部材１０は、例えばガラスや樹脂などによって形成されていてもよい。

底部１１は、水晶振動片３が実装される実装面１１ａと、当該実装面１１ａとは反対側に設けられた底面１１ｂとを有している。実装面１１ａは、ＸＺ平面に平行であり、平坦に形成されている。側壁部１２は、底部１１の外周に沿って矩形環状に形成されており、底部１１の中央部を囲っている。このようにベース部材１０は、底部１１及び側壁部１２によって形成された凹部１３を有する構成である。

実装面１１ａには、実装電極１４が形成されている。実装電極１４は、Ｚ方向に並んで配置された第一実装電極１４ａ及び第二実装電極１４ｂを有している。底面１１ｂには、外部に接続される外部電極１５が形成されている。外部電極１５は、底面１１ｂの４つの角部にそれぞれ１つずつ配置されている。４つの外部電極１５のうち２つは、実装電極１４（第一実装電極１４ａ及び第二実装電極１４ｂ）の一方に接続されている。実装電極１４と外部電極１５との間は、底部１１を貫通して形成された接続部１６によって電気的に接続されている。４つの外部電極１５のうち残りの２つは、例えばグランド電極として用いられる。

リッド部材２０は、ベース部材１０の側壁部１２上に配置されている。リッド部材２０は、例えば上記のセラミック材料を用いて矩形板状に形成されている。リッド部材２０は、例えば不図示の接着剤などによって側壁部１２の端面１２ａに接合されている。このようにリッド部材２０が設けられることで、ベース部材１０の凹部１３が封止されている。

水晶振動片３は、矩形板状に形成され、パッケージ２に収容されている。水晶振動片３は、ランバード加工された人工水晶からＡＴカットによって切り出された水晶片３１を有する。ＡＴカットは、人工水晶の結晶軸である電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）及び光学軸（Ｚ軸）の３つの結晶軸のうち、Ｚ軸に対してＸ軸周りに３５°１５′だけ傾いた方向（Ｚ´軸方向）に切り出す加工手法である。ＡＴカットによって切り出された水晶片３１は、周波数温度特定が安定しており、構造や形状が単純で加工が容易であり、クリスタルインピーダンス（ＣＩ値）が低いという利点がある。

図３は、水晶振動片３の構成を示す平面図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ断面に沿った構成を示す図である。図３においては、本実施形態におけるＸＹＺ座標系におけるＺ軸方向は、ＡＴカットの水晶片が切り出される方向（Ｚ´方向）と一致している。同様に、Ｘ軸は電気軸に一致している。

図３及び図４に示すように、水晶振動片３は、上記水晶片３１、励振電極３２、３３、引回電極３４、３５、搭載電極３６〜３９を有している。
水晶片３１は、所定の厚さに形成されており、第一主面３１ａ及び第二主面３１ｂを有している。第一主面３１ａ及び第二主面３１ｂは、ＸＺ平面に平行に形成されている。

励振電極３２は、水晶片３１の第一主面３１ａの中央部に形成されている。励振電極３２は、Ｙ方向視において矩形に形成されている。励振電極３３は、水晶片３１の第二主面３１ｂの中央部に形成されている。励振電極３２は、Ｙ方向視において矩形に形成されると共に励振電極３２に重なる寸法に形成されている。

引回電極３４は、第一主面３１ａ上に形成され、励振電極３２と搭載電極３６との間を接続する。引回電極３４は、例えばＺ方向に延びるように直線状に形成されている。引回電極３５は、第二主面３１ｂ上に形成され、励振電極３３と搭載電極３９との間を接続する。引回電極３５は、引回電極３４と同様、例えばＺ方向に延びるように直線状に形成されている。

搭載電極３６は、第一主面３１ａのうち＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の角部に配置されている。搭載電極３７は、第一主面３１ａのうち＋Ｘ側かつ−Ｚ側の角部に配置されている。搭載電極３８は、第二主面３１ｂのうち＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の角部に配置されている。搭載電極３９は、第二主面３１ｂのうち＋Ｘ側かつ−Ｚ側の角部に配置されている。

本実施形態において、水晶片３１の第一主面３１ａのうち＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の角部には、傾斜部３１ｆが形成されている。傾斜部３１ｆは、例えばＸＺ平面に対して３０°傾いた角度で形成された傾斜面である。このような傾斜部３１ｆが設けられているため、搭載電極３６には、傾斜部３１ｆに倣うように形成された傾斜部３６ａが形成されている。

搭載電極３８は、水晶片３１の＋Ｚ側の側面３１ｃに形成された側面電極３８ａを介して搭載電極３６の傾斜部３６ａに接続されている。なお、搭載電極３８と搭載電極３６との間には、例えば水晶片３１の＋Ｘ側の側面３１ｅに設けられた不図示の接続部が設けられていてもよい。

また、水晶片３１の第二主面３１ｂのうち＋Ｘ側かつ−Ｚ側の角部には、傾斜部３１ｇが形成されている。傾斜部３１ｇは、例えばＸＺ平面に対して３０°傾いた角度で形成された傾斜面である。このような傾斜部３１ｇが設けられているため、搭載電極３９には、傾斜部３１ｇに倣うように形成された傾斜部３９ａが形成されている。

搭載電極３７は、水晶片３１の−Ｚ側の側面３１ｄに形成された側面電極３７ａを介して搭載電極３９の傾斜部３９ａに接続されている。なお、搭載電極３７と搭載電極３９との間には、例えば水晶片３１の＋Ｘ側の側面３１ｅに設けられた不図示の接続部が設けられていてもよい。

水晶の自然結晶は複数の結晶面を有している。ＡＴカットによって切り出された水晶板からウェットエッチングによって作製された水晶片３１においても、このような水晶の自然結晶面が形成されている。この自然結晶面は水晶をウェットエッチングレートが極端に遅いため、ＡＴカット面をウェットエッチングする際自然結晶面までエッチングが進むとその後エッチングレートが遅くなり、面が形成することができる。自然結晶面の向きは、例えば、水晶片３１において、＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の角部のうち＋Ｙ側（第一主面３１ａ側）に自然結晶面が形成されており、当該結晶面が傾斜部３１ｆを構成している。また、水晶片３１において、＋Ｘ側かつ−Ｚ側の角部のうち−Ｙ側（第二主面３１ｂ側）に自然結晶面が形成されており、当該結晶面が傾斜部３１ｇを構成している。尚、本実施形態は左水晶系で説明した。右水晶系では左水晶系と鏡像関係となる。

図４に示すように、側面電極３８ａのＹ方向（水晶振動片３の厚さ方向）の寸法Ｈ１は、搭載電極３６の＋Ｙ側表面と搭載電極３８の−Ｙ側表面との距離（電極表面距離）Ｈ２よりも小さくなっている。側面電極３８ａは、搭載電極３６や搭載電極３８よりも厚さ（Ｚ方向の寸法）が薄くなっている。また、側面電極３８ａは、搭載電極３６の傾斜部３６ａよりも厚さが薄くなっている。このため、側面電極３８ａよりも傾斜部３６ａの方が電気抵抗値は低くなっている。本実施形態では、側面電極３８ａのＹ方向の寸法Ｈ１が上記電極表面距離Ｈ２よりも小さく、その分のスペースに傾斜部３６ａが設けられている。このため、側面電極３８ａが電極表面距離Ｈ２の全体に設けられる場合に比べて、電気抵抗値が低くなっている。

更に、搭載電極３６は、Ｙ方向視で矩形に形成されており、Ｘ方向に長手に形成されている。この搭載電極３６は、長辺（寸法Ｌ１）側が側面３１ｃに配置され、短辺（寸法Ｌ２）側が側面３１ｅに配置されている。このため、側面電極３８ａのＸ方向の寸法は、搭載電極３６の長辺方向の寸法Ｌ１に対応した寸法となっている。つまり、側面電極３８ａのＸ方向の寸法は、搭載電極３６の長辺方向の寸法Ｌ１と等しくなっている。これにより、側面電極３８ａの幅を稼ぐことができるため、電気抵抗値が低くなる。

また、側面電極３７ａのＹ方向（水晶振動片３の厚さ方向）の寸法Ｈ３は、搭載電極３９の＋Ｙ側表面と搭載電極３７の−Ｙ側表面との距離（電極表面距離）Ｈ４よりも小さくなっている。側面電極３７ａは、搭載電極３７や搭載電極３９よりも厚さ（Ｚ方向の寸法）が薄くなっている。また、側面電極３７ａは、搭載電極３９の傾斜部３９ａよりも厚さが薄くなっている。このため、側面電極３７ａよりも傾斜部３９ａの方が電気抵抗値は低くなっている。本実施形態では、側面電極３７ａのＹ方向の寸法Ｈ３が上記電極表面距離Ｈ４よりも小さく、その分のスペースに傾斜部３９ａが設けられている。このため、側面電極３７ａが電極表面距離Ｈ４の全体に設けられる場合に比べて、電気抵抗値が低くなっている。

更に、搭載電極３９は、Ｙ方向視で矩形に形成されており、Ｘ方向に長手に形成されている。この搭載電極３９は、長辺（寸法Ｌ１）側が側面３１ｄに配置され、短辺（寸法Ｌ２）側が側面３１ｅに配置されている。このため、側面電極３７ａのＸ方向の寸法は、搭載電極３９の長辺方向の寸法Ｌ１に対応した寸法となっている。つまり、側面電極３７ａのＸ方向の寸法は、搭載電極３９の長辺方向の寸法Ｌ１と等しくなっている。これにより、側面電極３７ａの幅を稼ぐことができるため、電気抵抗値が低くなる。

図２に示すように、水晶振動片３は、導電性接着剤４０を介してベース部材１０に固定されている。導電性接着剤４０は、実装面１１ａに形成された第一実装電極１４ａと搭載電極３８との間、及び、第二実装電極１４ｂと搭載電極３９との間にそれぞれ１つずつ配置されている。各導電性接着剤４０は、第一実装電極１４ａと搭載電極３８との間、及び、第二実装電極１４ｂと搭載電極３９との間を物理的に固定すると共に電気的に接続する。導電性接着剤４０としては、加熱によって硬化する導電性樹脂が用いられている。

次に、上記のように構成された水晶振動子１の製造方法を説明する。
まず、オートクレーブ等で作製した人工水晶のブランクを、例えばワイヤーソーなどを用いてＡＴカット面で切断し、図５（ａ）に示すような水晶ウエハＷを形成する。水晶ウエハＷの形状としては、例えば円板状の構成などが挙げられるが、これに限定されることは無く、角板などでもよい。その後、水晶ウエハＷに対してラッピング研磨を行い、所望の厚みに調整すると共に水晶ウエハＷの表面を平坦化する。このとき、必要に応じてポリッシング研磨をしても良い。

その後、水晶ウエハＷの表面にフォトリソグラフィ技術を用いてマスクパターンを形成する。マスクパターンは、例えば感光性のフォトレジストなどが用いられる。マスクパターンが形成された後、ウェットエッチングにより水晶の露出面を除去加工する。この工程においては、図５（ｂ）に示すように、水晶ウエハＷのうち水晶片３１となる部分の側面や角部には、傾斜面３１ｍが形成される。なお、当該傾斜面３１ｍの一部は、水晶片３１の傾斜部３１ｈ、３１ｇとなる。

次に、水晶ウエハＷの表面、裏面及び側面に対して、図５（ｃ）に示すように、励振電極３２、３３、引回電極３４、３５、搭載電極３６〜３９及び側面電極３７ａ、３８ａを形成する。これら各電極を形成する場合には、まず水晶ウエハＷの表面Ｗａ側からスパッタ法によってＣｒなどの下地層を形成し、その後、下地層の上にＡｕ、Ａｇ、Ａｌなどの導電層を積層する。表面Ｗａ側の積層構造を形成した後、水晶ウエハＷの裏面Ｗｂ側から同様にスパッタ法によってＣｒなどの下地層を形成し、その後、下地層の上に上記同様Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの導電層を積層する。金属膜の積層構造を形成した後、例えばフォトリソグラフィ法によってパターニングする。

このように、電極形成工程では、水晶ウエハＷの表面Ｗａ（第一主面３１ａ）及び裏面Ｗｂ（第二主面３１ｂ）の法線方向から電極金属をスパッタ法によって形成する。この際に、スパッタ原子の一部が水晶ウエハＷの側面Ｗｃに回りこみ、側面Ｗｃに金属膜が形成される。このため、側面電極３７ａ、３８ａは、第一主面３１ａ及び第二主面３１ｂ上の電極と比較して膜厚が薄くなり、側面電極３７ａ、３８ａにおける電気抵抗値が高くなってしまうという問題があった。

これに対して、本実施形態では、側面電極３７ａ、３８ａが形成される側面Ｗｃに傾斜面３１ｍが形成されているため、傾斜面３１ｍにおいてはスパッタ原子の付着量が側面Ｗｃよりも多くなる。これにより、傾斜面３１ｍに形成される搭載電極３６、３９の傾斜部３６ａ、３９ａの膜厚は、側面電極３７ａ、３８ａよりも大きくなる。したがって、傾斜部３６ａ、３９ａにおいては側面電極３７ａ、３８ａよりも電気抵抗値が低くなる。

電極を形成した後、固片化することで水晶振動片３が形成される。水晶振動片３を形成した後、導電性接着剤４０を用いて水晶振動片３をベース部材１０に実装する。なお、金属接合技術を用いて水晶振動片３をベース部材１０に実装してもよい。この時、搭載電極３８、３９とベース部材１０の実装電極１４（第一実装電極１４ａ、第二実装電極１４ｂ）とを焼成することにより、搭載電極３８、３９とベース部材１０の実装電極１４（第一実装電極１４ａ、第二実装電極１４ｂ）とが物理的に接合されると共に、電気的に接続される。

その後、Ａｒイオンビームなどを水晶振動片３に照射することで水晶振動片３の共振周波数を調整する。共振周波数の調整後、ベース部材１０の側壁部１２の端面１２ａにリッド部材２０を配置して凹部１３を封止することにより、水晶振動子１が完成する。凹部１３を封止する際のパッケージ２の内部の圧力は、大気圧であってもよいし、減圧されていてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、水晶振動片３の第一主面３１ａ又は第二主面３１ｂのうち表裏の搭載電極同士を接続する側面電極３７ａ、３８ａが形成された部分には、側面３１ｃ、３１ｄにかけて水晶振動片３の厚さが薄くなるように傾斜する傾斜部３１ｆ、３１ｇが形成されているため、側面電極３７ａ、３８ａの厚さ方向の寸法を小さくすることができる。これにより、側面電極３７ａ、３８ａにおける電気抵抗値を低減することが可能となるため、ＣＩ値を低減することができる。

［発振器］
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図６を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図６に示すように、水晶振動子１を、集積回路１０１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器１００は、コンデンサ等の電子部品１０２が実装された基板１０３を備えている。基板１０３には、発振器用の上述した集積回路１０１が実装されており、この集積回路１０１の近傍に、水晶振動子１が実装されている。これら電子部品１０２、集積回路１０１及び水晶振動子１は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。

このように構成された発振器１００において、水晶振動子１に電圧を印加すると、この水晶振動子１内の水晶振動片３が振動する。この振動は、水晶振動片３が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１０１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１０１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、水晶振動子１が発振子として機能する。

また、集積回路１０１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。

上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、優れた振動特性を有する高品質な水晶振動子１を備えているので、信頼性に優れた高品質、かつ長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる発振器１００を提供できる。

［電子機器］
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図７を参照して説明する。なお電子機器として、上述した水晶振動子１を有する携帯情報機器１１０を例にして説明する。

はじめに本実施形態の携帯情報機器１１０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。

次に、本実施形態の携帯情報機器１１０の構成について説明する。この携帯情報機器１１０は、図７に示すように、水晶振動子１と、電力を供給するための電源部１１１とを備えている。電源部１１１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１１１には、各種制御を行う制御部１１２と、時刻等のカウントを行う計時部１１３と、外部との通信を行う通信部１１４と、各種情報を表示する表示部１１５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１１６とが並列に接続されている。そして、電源部１１１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。

制御部１１２は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１１２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、このＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、このＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。

計時部１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、水晶振動子１とを備えている。水晶振動子１に電圧を印加すると水晶振動片３が振動し、この振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部１１２と信号の送受信が行われ、表示部１１５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。

通信部１１４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９、増幅部１２０、音声入出力部１２１、電話番号入力部１２２、着信音発生部１２３及び呼制御メモリ部１２４を備えている。

無線部１１７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１２５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１１８は、無線部１１７又は増幅部１２０から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部１２０は、音声処理部１１８又は音声入出力部１２１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１２１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。

また、着信音発生部１２３は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部１１９は、着信時に限って、音声処理部１１８に接続されている増幅部１２０を着信音発生部１２３に切り替えることによって、着信音発生部１２３において生成された着信音が増幅部１２０を介して音声入出力部１２１に出力される。

なお、呼制御メモリ部１２４は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部１２２は、例えば、０から９の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。

電圧検出部１１６は、電源部１１１によって制御部１１２等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部１１２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１１４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部１１６から電圧降下の通知を受けた制御部１１２は、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９及び着信音発生部１２３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１１７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１１５に、通信部１１４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。

即ち、電圧検出部１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１１５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。

なお、通信部１１４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部１２６を備えることで、通信部１１４の機能をより確実に停止することができる。

上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、優れた振動特性を有する高品質な水晶振動子１を備えているので、信頼性に優れた高品質、かつ長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示できる携帯情報機器１１０を提供できる。

［電波時計］
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図８を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図８に示すように、フィルタ部１３１に電気的に接続された水晶振動子１を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。

日本国内には、福島県（４０ｋＨＺ）と佐賀県（６０ｋＨＺ）とに、標準の電波を送信する送信所（送信局）があり、それぞれ標準電波を送信している。４０ｋＨＺ若しくは６０ｋＨＺのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。

以下、電波時計１３０の機能的構成について詳細に説明する。

アンテナ１３２は、４０ｋＨＺ若しくは６０ｋＨＺの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、４０ｋＨＺ若しくは６０ｋＨＺの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ１３３によって増幅され、複数の水晶振動子１を有するフィルタ部１３１によって濾波、同調される。

本実施形態における水晶振動子１は、上述した搬送周波数と同一の４０ｋＨＺ及び６０ｋＨＺの共振周波数を有する水晶振動子部１３８、１３９をそれぞれ備えている。

さらに、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１３４により検波復調される。続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。ＣＰＵ１３６では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１３７に反映され、正確な時刻情報が表示される。

搬送波は、４０ｋＨＺ若しくは６０ｋＨＺであるから、水晶振動子部１３８、１３９は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。

なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨＺの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計１３０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の水晶振動子１を必要とする。

上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、優れた振動特性を有する高品質な水晶振動子１を備えているので、信頼性に優れた高品質、かつ、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントできる電波時計１３０を提供できる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態では、水晶振動片３を構成する水晶片３１がＸ方向に長手となっている構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。

図９は、水晶振動片３の他の構成を示す平面図である。図１０は、図９におけるＢ−Ｂ断面に沿った構成を示す図である。
図９及び図１０に示すように、水晶振動片３Ａにおいては、水晶片３１がＺ方向に長手となっている。この場合、ウェットエッチングを行うことで、第一主面３１ａにおいて＋Ｘ側かつ−Ｚ側の角部に傾斜部３１ｈが形成される。当該傾斜部３１ｈは、第一主面３１ａから側面３１ｄにかけて徐々に水晶振動片３Ａの厚さが薄くなるように形成されている。この構成により、側面電極３８ａが搭載電極３６と搭載電極３８との間の距離全体に設けられる場合に比べて、電気抵抗値が低くなる。また、搭載電極３６は、Ｙ方向視で矩形に形成されており、Ｘ方向に長手に形成されている。この搭載電極３６は、長辺側が側面３１ｄに配置され、短辺側が側面３１ｅに配置されている。このため、側面電極３８ａのＸ方向の寸法は、搭載電極３６の長辺方向の寸法に対応した寸法となっている。つまり、側面電極３８ａのＸ方向の寸法は、搭載電極３６の長辺方向の寸法と等しくなっている。これにより、側面電極３８ａの幅を稼ぐことができるため、電気抵抗値が低くなる。尚、図９及び図１０では、右水晶系で説明した。左水晶系では右水晶系と鏡像関係となる。

図１１は、水晶振動片３の他の構成を示す平面図である。図１２は、図１１におけるＣ−Ｃ断面に沿った構成を示す図である。
上記実施形態では、水晶振動片３のうち第一主面３１ａの＋Ｘ側かつ＋Ｚ側において、角部にのみ傾斜部３１ｆが設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば図１１及び図１２に示すように、水晶振動片３のうち第一主面３１ａの＋Ｚ側において、端辺の全体に傾斜部３１ｉが形成された構成の水晶振動片３Ｂであってもよい。この傾斜部３１ｉは、水晶ウエハＷにウェットエッチング処理を施す場合のマスクをずらすことにより形成される傾斜面である。この構成により、搭載電極３６には、傾斜部３１ｉに倣った傾斜部３６ａが形成される。これにより、側面電極３８ａが搭載電極３６と搭載電極３８との間の距離全体に設けられる場合に比べて、電気抵抗値が低くなる。

図１３は、水晶振動片３の他の構成を示す平面図である。図１４は、図１３におけるＤ−Ｄ断面に沿った構成を示す図である。
図１３及び図１４に示すように、水晶片３１がＺ方向に長手となっている場合であっても、水晶振動片３のうち第一主面３１ａの−Ｚ側において、端辺の全体に傾斜部３１ｊが形成された構成の水晶振動片３Ｃであってもよい。この傾斜部３１ｉは、傾斜部３１ｉと同様に、水晶ウエハＷにウェットエッチング処理を施す場合のマスクをずらすことにより形成される傾斜面である。この構成により、傾斜部３１ｊに倣った傾斜部３６ａが搭載電極３６に形成されると共に、傾斜部３１ｊに倣った傾斜部３７ｂが搭載電極３７に形成される。この構成においても、電気抵抗値を低くすることが可能である。

また、例えば、上述した実施形態では、セラミックパッケージタイプの水晶振動子１を例に挙げたが、これに限らず、例えばガラスパッケージタイプの水晶振動子でもよい。また、シリンダパッケージタイプの水晶振動子や、シリンダパッケージタイプの水晶振動子をさらにモールド樹脂部で固めて表面実装型の水晶振動子としても構わない。

Ｗ…水晶ウエハ
１…水晶振動子
２…パッケージ
３…水晶振動片
１０…ベース部材
３１…水晶片
３１ａ…第一主面
３１ｂ…第二主面
３１ｆ、３１ｇ、３１ｈ、３１ｉ、３１ｊ、３７ｂ…傾斜部
３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ…側面
３２、３３…励振電極
３４、３５…引回電極
３６〜３９…搭載電極
３６ａ、３９ａ…傾斜部
３７ａ、３８ａ…側面電極
１００…発振器
１１０…携帯情報機器
１３０…電波時計

Claims (9)

1. 第一主面、第二主面及び側面を有する水晶振動片と、
   前記水晶振動片が実装されるベース部材を有するパッケージと
   を備え、
   前記水晶振動片は、
   前記第一主面及び前記第二主面にそれぞれ形成される励振電極と、
   前記第一主面及び前記第二主面にそれぞれ一対ずつ形成され、前記励振電極に接続された搭載電極と、
   前記側面に形成され、前記第一主面に形成された一の前記搭載電極と、前記第二主面に形成された一の前記搭載電極とを接続する側面電極と
   を有し、
   前記第一主面又は前記第二主面のうち前記側面電極が形成された部分には、前記側面にかけて前記水晶振動片の厚さが薄くなるように傾斜する傾斜部が形成されている
   水晶振動子。
2. 前記搭載電極は、一方向が長手に形成されていると共に、長辺側が前記側面電極と接続されており、
   前記側面電極は、前記一方向において前記搭載電極の長辺の寸法に対応した寸法に形成されている
   請求項１に記載の水晶振動子。
3. 前記水晶振動片は、前記第一主面及び前記第二主面のうち前記傾斜部が設けられた面とは異なる面が前記ベース部材に向けられている
   請求項１又は請求項２に記載の水晶振動子。
4. 前記傾斜部は、水晶の自然結晶面である
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の水晶振動子。
5. 前記自然結晶面は、ｍ面である
   請求項４に記載の水晶振動子。
6. 前記水晶振動片は、ＡＴカットされた水晶片を有し、
   前記水晶片は、Ｚ´方向に長手に形成されている
   請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の水晶振動子。
7. 請求項１に記載の水晶振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されている
   発振器。
8. 請求項１に記載の水晶振動子が、計時部に電気的に接続されている
   電子機器。
9. 請求項１に記載の水晶振動子が、フィルタ部に電気的に接続されている
   電波時計。

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