JP2017011560A - 水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 水晶振動子と水晶振動子を支持する支持部材との配置関係を考慮しつつ、温度変化によって発生する歪み応力が水晶振動子に集中することを抑制でき、周波数温度特性のヒステリシスを低減させることができる水晶発振器を提供する。【解決手段】 本発明の水晶発振器１０は、線熱膨張係数に異方性を有する長方形型の水晶振動子２０、水晶振動子２０を片持ち支持する支持部材３０、水晶振動子２０の一方の面に所定方向で塗布され、水晶振動子２０を支持部材３０に固定する接着部材４０、および、所定方向の熱膨張係数が水晶振動子２０の所定方向の線熱膨張係数と略等しく、水晶振動子２０の他方の面の接着部材４０が塗布された領域と対応する領域に配置された応力調整部材５０、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、水晶発振器に関し、特に、高い安定度が要求されるＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、ＯＣＸＯ（Ｏｖｅｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｉｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）等に用いられる水晶発振器に関する。

通信機器や携帯端末等の水晶発振器を使用する機器からの水晶発振器に対する小型化の要求が高まっている。５０３２型などの小型水晶発振器、特に、総合安定度±４．６ｐｐｍで使用温度範囲における安定度±０．２８ｐｐｍのストラタム３規格に準拠したＴＣＸＯ等において、水晶発振器の小型化の阻害要因の一つに、何も対策を施さない時は温度特性のヒステリシスが０〜５ｐｐｍ程度発生することがある。

温度特性のヒステリシスとは、温度上昇時と下降時において水晶振動子の周波数温度依存性が異なることを意味する。この原因は、温度変化に対する水晶振動子の歪み応力の変化が実際の温度変化に追従できないことや、発振器中の支持構造・接着剤・溶着合金・電極等の熱歪変化等によるもので、水晶振動子を小型化するほど顕著に現れる。

そこで、例えば、特許文献１、２には、水晶振動子と水晶振動子の支持部材との間に、水晶によって形成された歪み応力低減用部材を配置することが提案されている。また、特許文献３には、水晶振動子と水晶振動子の支持部材との間に、水晶振動子の線熱膨張係数と水晶の支持部材の熱膨張係数との差を小さくするための金属膜（熱膨張係数調整膜）を配置することが提案されている。

特開２０１４−０３３３６８号公報 特開平６−０２１７４６号公報 特開２０１１−０９７５５３号公報

特許文献１−３の技術は、水晶振動子と水晶振動子の支持部材との間に、同材料（水晶）または水晶振動子の線熱膨張係数と水晶の支持部材の熱膨張係数との差を小さくするための金属膜を配置することでいずれも、ヒステリシスを低減させることができる。しかしながら、水晶発振器の小型化や回路設計等により、水晶振動子と水晶振動子の支持部材との配置が変更された場合等には十分な効果が得られなくなる可能性がある。また、水晶振動子と水晶振動子の支持部材との間に、水晶振動子の線熱膨張係数と水晶の支持部材の熱膨張係数との差を小さくするための金属膜を配置する場合、金属膜には内部応力（残留応力）が存在することから、高精度に制御が求められる水晶発振器に適用することは困難である。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、水晶振動子と水晶振動子を支持する支持部材との配置関係を考慮しつつ、温度変化によって発生する歪み応力が水晶振動子に集中することを抑制でき、周波数温度特性のヒステリシスを低減させることができる水晶発振器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る水晶発振器は、線熱膨張係数に異方性を有する長方形型の水晶振動子と、前記水晶振動子を片持ち支持する支持部材と、前記水晶振動子の一方の面に所定方向で塗布され、前記水晶振動子を前記支持部材に固定する接着部材と、前記所定方向の熱膨張係数が前記水晶振動子の前記所定方向の線熱膨張係数と略等しく、前記水晶振動子の他方の面の前記接着部材が塗布された領域と対応する領域に配置された応力調整部材と、を備える。

上述した本発明の態様によれば、水晶振動子と水晶振動子を支持する支持部材との配置関係を考慮しつつ、温度変化によって発生する歪み応力が水晶振動子に集中することを抑制でき、周波数温度特性のヒステリシスを低減させることができる。

第１の実施形態に係る水晶発振器１０の断面図である。 第２の実施形態に係る水晶発振器１００の、（ａ）上面図、（ｂ）断面図である。 第２の実施形態に係る水晶振動子４００が切り出されるランバート水晶原石の斜視図の一例である。 第２の実施形態に係る水晶振動子４００を水晶発振器１００内で使用する時の水晶振動子４００の結晶軸を説明するための図である。 第２の実施形態の変形例に係る水晶発振器１００Ｂの、（ａ）上面図、（ｂ）断面図である。 第２の実施形態の変形例に係る応力調整材５００Ｂが、ＡＴカットの水晶から切り出される時の状態を示す図である。 第３の実施形態に係る水晶発振器１００Ｃの、（ａ）上面図、（ｂ）断面図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る水晶発振器の側面図を図１に示す。図１に示すように、水晶発振器１０は、水晶振動子２０、支持部材３０、接着部材４０および応力調整部材５０によって構成される。

水晶振動子２０は、線熱膨張係数に異方性を有する長方形型の薄板状の水晶片であり、電圧が印加されることにより、所定の周波数を発振する。水晶振動子２０は、上面に上面電極が、下面に下面電極が配置され、一方の面に所定方向で塗布された接着部材４０によって支持部材３０に片持ち支持される。本実施形態においては、水晶振動子２０の一方の短辺側領域に接着部材４０が塗布され、接着部材４０を介して支持部材３０に中空状態に保持される。

ここで、水晶振動子２０は、例えば、Ｙ方向の線熱膨張係数がＡ_Ｙ、Ｚ方向の線熱膨張係数がＡ_Ｚの水晶材からＺ軸から回転角度θ（Ｚ’方向）で切り出された、Ｘ軸と並行な面を有するＡＴカットの水晶片を適用することができる。長辺がＸ方向に伸び、短辺がＺ’方向に伸びている場合、水晶振動子２０の短辺方向（Ｚ’方向）の線熱膨張係数Ａ_Ｚ’は、Ａ_Ｚ’＝Ａ_Ｚｃｏｓ^２θ＋Ａ_Ｙｓｉｎ^２θで求められる。

支持部材３０は、水晶振動子２０の接着部材４０の塗布方向の線熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する箱型部材であり、例えば、セラミックによって形成される。本実施形態においては、支持部材３０は、水晶振動子２０の短辺方向の線熱膨張係数Ａ_Ｚ’と異なる熱膨張係数を有する。支持部材３０の水晶振動子２０の配置面には所定の配線が施されており、箱型部材である支持部材３０の内部に水晶振動子２０が中空状態に片持ち保持される。

接着部材４０は、導電性の接着剤であり、水晶振動子２０の一方の面に所定方向に長く塗布されることによって、水晶振動子２０を支持部材３０へ接着固定する。本実施形態に係る接着部材４０は、水晶振動子２０の一方の面の短辺側領域にＺ’方向に長く塗布される。接着部材４０はさらに、水晶振動子２０に配置されている上面電極および下面電極を、支持部材３０の配線に電気的に接続させる。

応力調整部材５０は、水晶振動子２０の他方の面の、接着部材４０が塗布されている領域と対応する領域に配置される。応力調整部材５０の接着部材４０の塗布方向の熱膨張係数は、水晶振動子２０の接着部材４０の塗布方向の線熱膨張係数と略等しくなるように設定される。本実施形態に係る応力調整部材５０は、水晶振動子２０の短辺方向の熱膨張係数が、水晶振動子２０の短辺方向の線熱膨張係数Ａ_Ｚ’と等しくなるように設定されている。

以上のように、本実施形態に係る水晶発振器１０は、熱膨張係数に差がある水晶振動子２０と支持部材３０との接続状態に応じて、最も熱歪応力が大きくなる方向の水晶振動子２０の線熱膨張係数と略等しい線熱膨張係数を有する応力調整部材５０を、水晶振動子２０の熱歪応力の発生領域に配置した。これにより、水晶発振器１０の使用温度の変化により発生する熱歪応力を、応力調整部材５０、水晶振動子２０および支持部材３０に分散させることができ、水晶振動子２０へ集中することを抑制することができる。従って、本実施形態に係る水晶発振器１０は、温度変化によって発生する歪み応力が水晶振動子２０に集中することを抑制でき、周波数温度特性のヒステリシスを低減させることができる。

なお、本実施形態では、最も熱歪応力が大きくなる方向として、水晶振動子２０の短辺方向（Ｚ’方向）のみを挙げたが、水晶振動子２０と支持部材３０との接続方法により、例えば、Ｙ方向等の他の方向になる場合もある。この場合、応力調整部材５０のＹ方向の熱膨張係数が、水晶振動子２０のＹ方向の線熱膨張係数と略等しくなるように設計すればよい。

さらに、本実施形態では、応力調整部材５０の数が１つである場合について説明したが、水晶振動子２０に複数箇所の領域において熱歪み応力が発生する場合、熱歪み応力が発生している領域ごとに、水晶振動子２０の該熱歪み応力方向の線熱膨張係数に応じた熱膨張係数を有する応力調整部材５０を配置することができる。

＜第２の実施形態＞
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発振器において、機密封止のためのふたを取り除き、内部構造を見えるようにした時の上面図を図２（ａ）に、図２（ａ）の水晶発振器１００をＡ−Ａ’線で切断した時の断面図を図２（ｂ）に示す。図２（ａ）、（ｂ）において、水晶発振器１００は、セラミックケース２００、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ３００、水晶振動子４００および応力調整材５００によって構成される。本実施形態に係る水晶発振器１００は、水晶振動子４００とセラミックケース２００の熱膨張係数の差に起因して発生する熱歪応力が水晶振動子４００への集中することを抑制する応力調整材５００を、所定の領域に配置することを特徴とする。具体的には、水晶振動子４００の線熱膨張係数の異方性を考慮した材料を応力調整材５００の材料として決定し、この応力調整材５００を水晶振動子４００とセラミックケース２００との接続領域に接触配置する。以下、各構成要素について詳細に説明する。

セラミックケース２００の内部に、ＩＣチップ３００および水晶振動子４００が配置される。本実施形態に係るセラミックケース２００は、主にアルミナセラミックで形成され、その熱膨張係数は７．１×１０^−６（７．１ｐｐｍ）である。セラミックケース２００の底面には、図２には図示しない所定の配線が形成され、該配線に、ＩＣチップ３００、水晶振動子４００の上面電極４１０および下面電極４２０が電気的に接続されている。

ＩＣチップ３００は、図示しない接着剤によってセラミックケース２００の底面に接着固定され、金ワイヤ６１０を介してセラミックケース２００に形成された配線と接続される。

水晶振動子４００は、後述するランバート水晶原石から所定のカットで切り出された方形の振動片である。本実施形態に係る水晶振動子４００は、ランバート水晶原石からＡＴカットによって幅３．５ｍｍ、長さ６ｍｍ、厚さ８３μｍ程度に切り出され、電圧が印加されることにより、基本波で２０ＭＨｚの振動周波数を発振する。上記のように形成された水晶振動子４００は、下面の一方の短辺側領域（本実施形態においては幅３．５ｍｍ×端部からの長さ１ｍｍ程度の領域）が、導電性接着材７１０、７２０によってセラミックケース２００の底面に接着固定されることにより、セラミックケース２００に片持ち固定される（片持ち梁構造）。ここで、本実施形態では、セラミックケース２００の水晶振動子４００が配置される領域に凹部を形成することにより、水晶振動子４００を中空状態で片持ち固定する。

導電性接着材７１０、７２０としては、例えば、エポキシ樹脂に銀粒子を混合したものを適用することができる。そして、水晶振動子４００の上面に形成された上面電極４１０が導電性接着材７１０を介して、水晶振動子４００の下面に形成された下面電極４２０が導電性接着材７２０を介して、セラミックケース２００に形成された配線とそれぞれ接続される。

応力調整材５００は、水晶振動子４００に発生する歪応力および水晶振動子４００の線熱膨張係数の異方性を考慮して選択された材料によって形成された部材である。本実施形態では、応力調整材５００として、幅３．５ｍｍ、長さ１ｍｍ、厚さ１ｍｍのＡＴカットの水晶片を適用する。応力調整材５００は、水晶振動子４００の上面の、導電性接着材７１０、７２０に対応する領域に、非導電性接着剤８１０によって接着固定される。本実施形態においては、導電性接着材７１０、７２０が水晶振動子４００の下面の短辺側領域（３．５ｍｍ×端部からの長さ１ｍｍ程度の領域）内に短辺方向に並列に塗布されていることから、応力調整材５００を、水晶振動子４００の線熱膨張係数と一致する向きで、水晶振動子４００の上面の短辺側領域に配置する。これにより、応力調整材５００が配置された領域内に、熱歪が発生する領域（すなわち、導電性接着材７１０、７２０が塗布された領域）が包含される。応力調整材５００の材料の選択方法および配置方法については後述する。

次に、水晶振動子４００の線熱膨張係数の異方性について説明する。水晶振動子４００が切り出されるランバート水晶原石の斜視図の一例を図３に示す。結晶軸のＸ面とＺ面を出したランバート水晶原石から、水晶発振器に使用される各種のカットが切り出される。ランバート水晶原石から切り出した各種カットの角度を図３に合せて示す。ここで、ランバート水晶原石の各面のミラー指数は、Ｚ面が（０００１）、Ｘ面が（２−１−１０）、Ｙ面が（０１−１０）である。

図３に示したように、斜線で示したＡＴカット面は、右水晶の場合、Ｚ軸から反時計まわりに３５°１５′回転されると共に、Ｘ軸と平行な面を持つカット面である。ランバート水晶原石は六方晶系の結晶であり、線熱膨張係数に異方性を持っている。水晶のＺ軸方向の線熱膨張係数は、１．３３７×１０^−５（１３．３７ｐｐｍ）、Ｚ軸に垂直な方向の線熱膨張係数は、７．９７×１０^−６（７．９７ｐｐｍ）である時、ＡＴカット（θ＝３５°１５′）により切り出された水晶振動子４００のＺ’方向の線熱膨張係数は、１より十分小さい場合は下記の近似式、式（１）で求められる。

Ａ_Ｚ’＝Ａ_Ｚｃｏｓ^２θ＋Ａ_Ｙｓｉｎ^２θ 式（１）
本実施形態においては、ＡＴカットを適用し、水晶振動子４００を角度３５°１５′で切り出した。従って、Ａ_ＺにＺ軸方向の線熱膨張係数（１３．３７ｐｐｍ）、Ａ_ＹにＺ軸に垂直な方向の線熱膨張係数（７．９７ｐｐｍ）、θに切り出し角度（３５°１５′）を挿入することにより、Ｚ’軸方向の線熱膨張係数は、１１．５７×１０^−６（１１．５７ｐｐｍ）となる。

上記のＡＴカットの水晶振動子４００を水晶発振器１００内で使用する時の、水晶振動子４００の結晶軸を図４に示す。図４に導電性接着材７１０、７２０が塗布される領域を点線で示す。図４に示すように、本実施形態に係る水晶振動子４００は、Ｚ’方向に並列配置された導電性接着材７１０、７２０によって、セラミックケース２００に接着固定される。

図４の水晶振動子４００においては、水晶発振器１００の周囲温度が変化することにより、セラミックケース２００の線熱膨張係数と水晶振動子４００の線熱膨張係数とが一致しない場合、セラミックケース２００と水晶振動子４００との接触領域内に熱歪が発生する。水晶振動子４００は、セラミックケース２００に比べて相対的に薄いため、発生した熱歪応力は水晶振動子４００に集中し易い。上述のように、セラミックケース２００の熱膨張係数は７．１×１０^−６（７．１ｐｐｍ）、水晶振動子４００のＺ軸に垂直な方向（ここでは、Ｘ方向）の線熱膨張係数は７．９７×１０^−６（７．９７ｐｐｍ）、水晶振動子４００のＺ’方向の線熱膨張係数は１１．５７×１０^−６（１１．５７ｐｐｍ）である。従って、水晶発振器１００の周囲温度が変化することにより、水晶振動子４００とセラミックケース２００との接続領域内にＺ’方向の熱歪応力が生じる。

そこで、本実施形態においては、水晶振動子４００の熱歪応力が発生する領域に、水晶振動子４００の線熱膨張係数の異方性を考慮して選択した材料で形成された応力調整材５００を配置することにより、発生した熱歪応力を応力調整材５００で吸収する。すなわち、本実施形態においては、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、水晶振動子４００上面の、導電性接着材７１０、７２０を内包する領域に、水晶振動子４００の熱歪方向（Ｚ’方向）の線熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有する応力調整材５００を配置する。具体的には、幅３．５ｍｍ、長さ１ｍｍ、厚さ１ｍｍのＡＴカットの水晶片を適用した応力調整材５００を、Ｚ’軸方向およびＸ方向が水晶振動子４００のＺ’軸方向およびＸ方向と一致するようにして、非導電性接着剤８１０を用いて水晶振動子４００の上面に接着固定する。

上記のように、本実施形態に係る水晶発振器１００において、水晶振動子４００の歪応力方向の線熱膨張係数を考慮して応力調整材５００の材料を選択し、該選択した材料によって形成した応力調整材５００を、水晶振動子４００の熱歪応力が発生する領域に熱歪応力の方向に沿って配置した。これにより、水晶発振器１００の使用温度の変化により発生する熱歪応力を、応力調整材５００、水晶振動子４００およびセラミックケース２００に分散させることができ、水晶振動子４００に集中することを抑制できる。従って、本実施形態に係る水晶発振器１００は、温度変化によって発生する熱歪み応力が水晶振動子４００に集中することを抑制でき、周波数温度特性のヒステリシスを低減させることができる。

なお、水晶振動子４００として図３に示したランバート水晶原石のその他のカットを適用する場合も、（１）式を用いて熱歪応力がもっとも大きくなる方向の線熱膨張係数を求めることにより、応力調整材５００の材料を最適に選択することができ、ヒステリシス特性の小さい水晶発振器を作ることができる。

また、応力調整材５００を配置する位置は、水晶振動子４００とセラミックケース２００の熱膨張係数の差に起因して発生する熱歪応力を吸収できる位置であれば良く、水晶振動子４００とセラミックケース２００との間、水晶振動子４００の上側、下側およびその両方等、水晶発振器１００の構造や水晶発振器１００の製造方法等に応じて適宜決定することができる。

＜第２の実施形態の変形例＞
第２の実施形態の変形例について説明する。第２の実施形態では、導電性接着材７１０、７２０を水晶振動子４００の結晶軸の方向（Ｚ’方向）に並べて塗布した場合の応力調整材５００の線熱膨張係数および配置方法について説明した。本実施形態においては、導電性接着材７１０、７２０を水晶振動子４００の結晶軸に対して角度φ方向に並べて塗布する場合の応力調整材５００の線熱膨張係数および配置方法について考える。

この時の水晶発振器１００Ｂの上面図を図５（ａ）に、図５（ａ）の水晶発振器１００ＢをＡ−Ａ’線で切断した時の断面図を図５（ｂ）に示す。以下、第２の実施形態で説明した図２の水晶発振器１００と異なる点を中心に説明する。

図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る水晶振動子４００Ｂは、第２の実施形態で説明した図２の水晶振動子４００と同様に、ランバート水晶原石からＡＴカットによって幅３．５ｍｍ、長さ６ｍｍ、厚さ８３μｍに切り出され、基本波で２０ＭＨｚの振動周波数を有する。本実施形態に係る水晶振動子４００Ｂは、上面電極４１０Ｂと下面電極４２０Ｂとの端部が、結晶軸の方向（Ｚ’方向）に対して角度φだけずれていることから（Ｚ”方向）、Ｚ”方向に並列に塗布された導電性接着材７３０、７４０によって、セラミックケース２００Ｂに片持ち固定される。

この場合、水晶発振器１００Ｂの周囲温度が変化することにより、セラミックケース２００Ｂと水晶振動子４００Ｂとの接続領域には、Ｚ”方向の熱歪応力が発生する。従って、本実施形態においては、水晶振動子４００ＢのＺ”方向の線熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有する応力調整材５００Ｂを、水晶振動子４００Ｂの上面の導電性接着材７３０、７４０が配置された領域に対応する領域に配置する。

応力調整材５００Ｂとしては、例えば、図６に示すように、ＡＴカットの水晶から角度φずらした水晶片を切り出して用いることができる。なお、図６に第２の実施形態で用いた応力調整材５００を合せて示す。

さらに、応力調整材５００Ｂの熱膨張係数を第２の実施形態で説明した式（１）を用いて算出することもできる。具体的には、水晶振動子４００ＢのＺ’軸方向の線熱膨張係数をＡ_Ｚ’、Ｚ’軸に垂直な方向（ここではＸ方向）の線熱膨張係数をＡ_ｘ、Ｚ’方向およびＺ”方向が成す角度をφとすると、水晶振動子４００ＢのＺ”方向の線熱膨張係数Ａ_Ｚ”の近似式は下記の式（２）となる。

Ａ_Ｚ”＝Ａ_Ｚ’ｃｏｓ^２φ＋Ａ_ｘｓｉｎ^２φ 式（２）
すなわち、式（２）を用いて算出した線熱膨張係数Ａ_Ｚ”の略等しい熱膨張係数を有する材料を用いて応力調整材５００Ｂを形成すれば良い、
上記のように、水晶振動子４００Ｂの導電性接着材７３０、７４０に対応する領域に、水晶振動子４００ＢのＺ”方向の線熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有する応力調整材５００Ｂを、Ｚ”方向が一致するように配置することにより、温度変化によって発生する歪み応力が水晶振動子４００Ｂに集中することを抑制でき、周波数温度特性のヒステリシスを低減させることができる。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る水晶発振器において、機密封止のためのふたを取り除き、内部構造を見えるようにした時の上面図を図７（ａ）に、図７（ａ）の水晶発振器１００をＡ−Ａ’線で切断した時の断面図を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）、（ｂ）において、水晶発振器１００Ｃは、セラミックケース２００Ｃ、ＩＣチップ３００Ｃ、水晶振動子４００Ｃおよび応力調整材５００Ｃによって構成される。

セラミックケース２００Ｃは、上方と下方にそれぞれ空間が形成された配置面２１０Ｃを備える箱体である。セラミックケース２００Ｃの配置面２１０Ｃの上面には応力調整材５００Ｃを介して水晶発振器１００Ｃが片持ち固定され、配置面２１０Ｃの下面にはＩＣチップ３００Ｃが接着固定されている。

応力調整材５００Ｃは、セラミックケース２００Ｃの配置面２１０Ｃの上面に、非導電性接着剤８３０を用いて接着固定されている。そして、応力調整材５００Ｃの上面に、水晶振動子４００Ｃが片持ち固定されている（片持ち梁構造）。本実施形態に係る水晶振動子４００Ｃは、導電性接着材７５０および非導電性接着剤８４０によって、応力調整材５００Ｃに片持ち固定される。具体的には、上面電極４１０Ｃが配置されている領域に対応する水晶振動子４００Ｃの下面は非導電性接着剤８４０によって、水晶振動子４００Ｃの下面電極４２０Ｃは導電性接着材７５０によって、応力調整材５００Ｃの上面にそれぞれ接着固定されている。

ここで、セラミックケース２００Ｃの配置面２１０Ｃの上面および下面にはそれぞれ、図７（ａ）、（ｂ）には図示されない所定の配線が形成されている。そして、セラミックケース２００Ｃの配置面２１０Ｃの下面に形成された配線は、金ワイヤ６１０Ｃを介してＩＣチップ３００Ｃと接続されている。一方、セラミックケース２００Ｃの配置面２１０Ｃの上面に形成された配線は、金ワイヤ６２０を介して水晶振動子４００Ｃの上面電極４１０Ｃと、金ワイヤ６３０および電性接着材７５０を介して水晶振動子４００Ｃの下面電極４２０Ｃと、それぞれ接続されている。

なお、本実施形態に係る水晶振動子４００Ｃは、第２の実施形態で説明した水晶振動子４００をそのまま用いることができる。すなわち、水晶振動子４００Ｃは、幅３．５ｍｍ、長さ６ｍｍ、厚さ８３μｍに形成され、基本波で２０ＭＨｚの振動周波数を有する。また、水晶振動子４００ＣのＺ軸に垂直な方向の線熱膨張係数は７．９７×１０^−６（７．９７ｐｐｍ）、Ｚ’軸方向の線熱膨張係数は１１．５７×１０^−６（１１．５７ｐｐｍ）である。

一方、本実施形態においては、応力調整材５００Ｃとして、鉄材の表面にニッケルメッキと金フラッシュメッキを付けた部材を適用する。鉄の熱膨張係数は、１１．７×１０^−５（１１．７ｐｐｍ）であり、水晶振動子４００ＣのＺ’軸方向の線熱膨張係数１１．５７×１０^−６（１１．５７ｐｐｍ）と近い値になっている。

上記のように構成された水晶発振器１００Ｃは、水晶振動子４００Ｃにおいて熱歪応力が大きくなるＺ’方向の線熱膨張係数と近い熱膨張係数を有する部材（鉄材の表面にニッケルメッキと金フラッシュメッキを付けた部材）で応力調整材５００Ｃを形成し、この応力調整材５００Ｃをセラミックケース２００Ｃと水晶振動子４００Ｃとの接続領域（導電性接着材７５０および非導電性接着剤８４０を内包する領域）に貼り付けた。応力調整材５００Ｃの熱膨張係数と、水晶振動子４００の熱歪方向（Ｚ’方向）の線熱膨張係数とはほぼ一致するため、水晶発振器１００Ｃの使用温度の変化により発生する熱歪応力を、応力調整材５００Ｃ、水晶振動子４００Ｃおよびセラミックケース２００Ｃに分散させることができ、水晶振動子４００Ｃへ集中することを抑制することができる。

従って、本実施形態に係る水晶発振器１００Ｃも第２の実施形態で説明した図２の水晶発振器１００と同様に、周波数温度特性のヒステリシスの原因の一つである支持構造の熱歪変化を小さくでき、周波数温度特性のヒステリシスを低減させることができる。

上述のように、水晶振動子４００、４００Ｂ、４００Ｃの、発生する熱歪方向の線熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有する部材で応力調整材５００、５００Ｂ、５００Ｃを形成し、この応力調整材５００、５００Ｂ、５００Ｃを水晶振動子４００、４００Ｂ、４００Ｃの熱歪応力が発生する領域に熱歪応力の方向に沿って配置することにより、周波数温度特性のヒステリシスを低減させることができる。本技術は、水晶発振器の中でも高い安定度が要求されるＴＣＸＯ、ＯＣＸＯ等に使われる水晶発振器に適用されることが有効である。

本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

１０ 水晶発振器
２０ 水晶振動子
３０ 支持部材
４０ 接着部材
５０ 応力調整部材
１００ 水晶発振器
２００ セラミックケース
３００ ＩＣチップ
４００ 水晶振動子
４１０ 上面電極
４２０ 下面電極
５００ 応力調整材
６１０、６２０、６３０ 金ワイヤ
７１０、７２０、７３０、７４０、７５０ 導電性接着材
８１０、８２０、８３０、８４０ 非導電性接着剤

Claims (8)

1. 線熱膨張係数に異方性を有する長方形型の水晶振動子と、
   前記水晶振動子を片持ち支持する支持部材と、
   前記水晶振動子の一方の面に所定方向で塗布され、前記水晶振動子を前記支持部材に固定する接着部材と、
   前記所定方向の熱膨張係数が前記水晶振動子の前記所定方向の線熱膨張係数と略等しく、前記水晶振動子の他方の面の前記接着部材が塗布された領域と対応する領域に配置された応力調整部材と、
   を備える水晶発振器。
2. 前記支持部材は、前記水晶振動子の前記所定方向の線熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する、請求項１に記載の水晶発振器。
3. 前記所定方向が前記水晶振動子の短辺方向であり、
   前記水晶振動子が、Ｙ方向の線熱膨張係数がＡ_Ｙ、Ｚ方向の線熱膨張係数がＡ_Ｚの水晶材からＺ軸から回転角度θで切り出された、Ｘ軸と並行な面を有する水晶片である場合、
   前記水晶振動子の前記所定方向の線熱膨張係数Ａ_Ｚ’は、Ａ_Ｚ’＝Ａ_Ｚｃｏｓ^２θ＋Ａ_Ｙｓｉｎ^２θである、
   請求項１または２に記載の水晶発振器。
4. 前記応力調整部材は、Ｙ方向の線熱膨張係数がＡ_Ｙ、Ｚ方向の線熱膨張係数がＡ_Ｚの水晶材からＺ軸から回転角度θで切り出され、Ｘ軸と並行な面を有するＡＴカットの水晶部材である、請求項３に記載の水晶発振器。
5. 前記応力調整部材は、鉄材によって形成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水晶発振器。
6. 前記接着部材は前記所定方向に並列配置された導電性の第１接着部材および第２接着部材を含み、
   前記支持部材には所定の配線が形成され、
   前記水晶振動子の上面には上面電極が、下面には下面電極が配置され、
   前記上面電極は前記第１接着部材を介して前記配線と接続され、前記下面電極は前記第２接着部材を介して前記配線と接続される、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水晶発振器。
7. 前記応力調整部材は、前記水晶振動子の他方の面に配置される代わりに、前記接着部材と前記支持部材との間に配置される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水晶発振器。
8. 前記接着部材は前記所定方向に並列配置された非導電性の第３接着部材および導電性の第４接着部材を含み、
   前記支持部材には所定の配線が形成され、
   前記水晶振動子の上面には上面電極が、下面には下面電極が配置され、
   前記上面電極は接続部材を介して前記配線と接続され、前記下面電極は前記第４接着部材および前記応力調整部材を介して前記配線と接続される、
   請求項７に記載の水晶発振器。