JP4556201B2 - 水晶振動子と水晶ユニットと水晶発振器の各製造方法 - Google Patents
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本発明の水晶振動子の製造方法の第2の態様は、前記第1音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第2音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続され、かつ、前記第2音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第1音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続されると共に、前記第1電極と前記第2電極を有する前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の発振周波数が、32.768kHzより高く形成され、かつ、前記第1音叉腕の前記第1電極と前記第2音叉腕の前記第1電極とは電気的極性が異なるように、前記第1電極と前記第2電極を形成する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の前記発振周波数が、32.768kHzより低くなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕に重りを形成する工程と、を含んでいて、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の等価直列抵抗R1が前記2次高調波モード振動の等価直列抵抗R2より小さくなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の上面と下面の各々に形成された前記溝の長さ寸法と前記音叉型屈曲水晶振動子の全長の寸法を決定する工程を備えている第1の態様に記載の水晶振動子の製造方法である。
本発明の水晶ユニットの製造方法の第2の態様は、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の等価直列抵抗R1が前記2次高調波モード振動の等価直列抵抗R2より小さくなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の上面と下面の各々に形成された前記溝の長さ寸法と前記音叉型屈曲水晶振動子の全長の寸法を決定する工程を備えている第1の態様に記載の水晶ユニットの製造方法である。
本発明の水晶ユニットの製造方法の第3の態様は、前記第1音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第2音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続され、かつ、前記第2音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第1音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続されると共に、前記第1電極と前記第2電極を有する前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の発振周波数が、32.768kHzより高く形成され、かつ、前記第1音叉腕の前記第1電極と前記第2音叉腕の前記第1電極とは電気的極性が異なるように、前記第1電極と前記第2電極を形成する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の前記発振周波数が、32.768kHzより低くなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕に重りを形成する工程と、前記ケースの固定部に前記音叉型屈曲水晶振動子を固定する工程の後に、かつ、前記蓋を前記ケースに接続する工程の前に、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記発振周波数が、32.764kHzから32.772kHzの範囲内にあるように周波数を調整する工程を備えている第1の態様または第2の態様に記載の水晶ユニットの製造方法である。
本発明の水晶ユニットの製造方法の第4の態様は、前記第1音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第2音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続され、かつ、前記第2音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第1音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続されると共に、前記第1電極と前記第2電極を有する前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の発振周波数が、32.768kHzより高く形成され、かつ、前記第1音叉腕の前記第1電極と前記第2音叉腕の前記第1電極とは電気的極性が異なるように、前記第1電極と前記第2電極を形成する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の前記発振周波数が、32.768kHzより低くなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕に重りを形成する工程と、を備え、前記蓋を前記ケースに接続する工程の後に、かつ、前記ケースの貫通穴を金属を用いて真空中で封止する工程の前に、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記発振周波数を真空中で調整する工程と、前記ケースの貫通穴を金属を用いて真空中で封止する工程の後に、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記発振周波数が32.766kHzから32.77kHzの範囲内にあるように周波数を調整する工程の二つの工程の内、少なくともどちらか一つの工程を備えている第1の態様または第2の態様に記載の水晶ユニットの製造方法である。
本発明の水晶発振器の製造方法の第1の態様は、第1の態様から第4の態様のいずれか1つの態様に記載の水晶ユニットの製造方法と、増幅器と、コンデンサーと、抵抗とを備えた水晶発振器の製造方法で、前記水晶発振器から出力される出力信号は、32.764kHzから32.772kHzの範囲内にある発振周波数を備えている水晶発振器の製造方法である。
図1は本発明の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とを具えて構成される増幅回路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とを具えて構成される帰還回路9から構成されている。詳細には、本発明の水晶発振器は水晶発振回路を具えて構成され、水晶発振回路は増幅回路と帰還回路とを具えて構成されていて、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、本発明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図3と図4で詳述される。
(1)音叉形状の屈曲水晶振動子を多数個ウエハ内に形成し、重りの形成および周波数調整をウエハ内で行うので、作業性に優れ、安価な振動子が得られると同時に、安価な水晶発振器が実現できる。
(2)増幅回路の基本波モード振動の増幅率α1と2次高調波モード振動の増幅率α2との比が帰還回路の2次高調波モード振動の帰還率β2と基本波モード振動の帰還率β1との比より大きく、かつ、基本波モード振動の増幅率α1と基本波モード振動の帰還率β1の積が1より大きくなるように水晶発振器は構成されているので、負荷容量が小さくても、水晶発振器の出力信号は、基本波モード振動の周波数が出力として得られると共に、消費電流の少ない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M1が2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM2より大きい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を得る事ができる。
V1、V2 入力電圧、出力電圧
W2、W、W4 溝幅、音叉腕の腕幅、音叉腕の間隔
W1、W3 音叉腕の部分幅
l1、l2、l 溝の長さ、音叉基部の長さ、音叉形状の屈曲水晶振動子の全長
t、t1 音叉腕の厚み、溝の厚み
Claims (7)
- 逆相の屈曲モードで振動し、かつ、音叉基部と前記音叉基部に接続された少なくとも第1音叉腕と第2音叉腕とを備えた音叉型屈曲水晶振動子の製造方法で、
前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動と2次高調波モード振動を備え、前記基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が、前記2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM2より大きくなるように、音叉形状と溝と電極の寸法を決定する工程と、水晶ウエハを準備する工程と、前記水晶ウエハの上面と下面の各々に金属膜を形成する工程と、前記金属膜の上にレジストを塗布する工程と、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕と、前記音叉基部とを備えた音叉形状を前記水晶ウエハ内に形成する工程と、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝を形成する工程と、前記金属膜の上に塗布された前記レジストを除去する工程と、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に第1電極を形成する工程と、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の側面に第2電極を形成する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子を前記水晶ウエハから切り離す工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子の発振周波数を調整する工程と、を含むことを特徴とする水晶振動子の製造方法。 - 前記第1音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第2音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続され、かつ、前記第2音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第1音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続されると共に、前記第1電極と前記第2電極を有する前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の発振周波数が、32.768kHzより高く形成され、かつ、前記第1音叉腕の前記第1電極と前記第2音叉腕の前記第1電極とは電気的極性が異なるように、前記第1電極と前記第2電極を形成する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の前記発振周波数が、32.768kHzより低くなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕に重りを形成する工程と、を含んでいて、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の等価直列抵抗R1が前記2次高調波モード振動の等価直列抵抗R2より小さくなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の上面と下面の各々に形成された前記溝の長さ寸法と前記音叉型屈曲水晶振動子の全長の寸法を決定する工程を備えていることを特徴とする請求項1に記載の水晶振動子の製造方法。
- 逆相の屈曲モードで振動し、かつ、音叉基部と前記音叉基部に接続された少なくとも第1音叉腕と第2音叉腕とを備えた音叉型屈曲水晶振動子と、前記音叉型屈曲水晶振動子を収納するケースと、蓋と、を備えて構成される水晶ユニットの製造方法で、
前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動と2次高調波モード振動を備え、前記基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が、前記2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM2より大きくなるように、音叉形状と溝と電極の寸法を決定する工程と、水晶ウエハを準備する工程と、前記水晶ウエハの上面と下面の各々に金属膜を形成する工程と、前記金属膜の上にレジストを塗布する工程と、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕と、前記音叉基部とを備えた音叉形状を前記水晶ウエハ内に形成する工程と、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝を形成する工程と、前記金属膜の上に塗布されたレジストを除去する工程と、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に第1電極を形成する工程と、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の側面に第2電極を形成する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子を前記水晶ウエハから切り離す工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子の発振周波数を調整する工程と、前記ケースの固定部に前記音叉型屈曲水晶振動子を固定する工程と、前記ケースに前記蓋を接続する工程と、を含むことを特徴とする水晶ユニットの製造方法。 - 前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の等価直列抵抗R1が前記2次高調波モード振動の等価直列抵抗R2より小さくなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の上面と下面の各々に形成された前記溝の長さ寸法と前記音叉型屈曲水晶振動子の全長の寸法を決定する工程を備えていることを特徴とする請求項3に記載の水晶ユニットの製造方法。
- 前記第1音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第2音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続され、かつ、前記第2音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第1音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続されると共に、前記第1電極と前記第2電極を有する前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の発振周波数が、32.768kHzより高く形成され、かつ、前記第1音叉腕の前記第1電極と前記第2音叉腕の前記第1電極とは電気的極性が異なるように、前記第1電極と前記第2電極を形成する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の前記発振周波数が、32.768kHzより低くなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕に重りを形成する工程と、前記ケースの固定部に前記音叉型屈曲水晶振動子を固定する工程の後に、かつ、前記蓋を前記ケースに接続する工程の前に、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記発振周波数が、32.764kHzから32.772kHzの範囲内にあるように周波数を調整する工程を備えていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の水晶ユニットの製造方法。
- 前記第1音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第2音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続され、かつ、前記第2音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面の上に形成された前記第1電極が、前記第1音叉腕の前記側面に形成された前記第2電極に接続されると共に、前記第1電極と前記第2電極を有する前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の発振周波数が、32.768kHzより高く形成され、かつ、前記第1音叉腕の前記第1電極と前記第2音叉腕の前記第1電極とは電気的極性が異なるように、前記第1電極と前記第2電極を形成する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の前記発振周波数が、32.768kHzより低くなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕に重りを形成する工程と、を備え、前記蓋を前記ケースに接続する工程の後に、かつ、前記ケースの貫通穴を金属を用いて真空中で封止する工程の前に、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記発振周波数を真空中で調整する工程と、前記ケースの貫通穴を金属を用いて真空中で封止する工程の後に、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記発振周波数が32.766kHzから32.77kHzの範囲内にあるように周波数を調整する工程の二つの工程の内、少なくともどちらか一つの工程を備えていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の水晶ユニットの製造方法。
- 請求項3から請求項6のいずれか1項に記載の水晶ユニットの製造方法と、増幅器と、コンデンサーと、抵抗とを備えた水晶発振器の製造方法で、前記水晶発振器から出力される出力信号は、32.764kHzから32.772kHzの範囲内にある発振周波数を備えていることを特徴とする水晶発振器の製造方法。
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