JP4650753B2 - 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

Description

本発明は少なくとも表示部と水晶発振器を具えて構成される電子機器に関する。特に、クロック源あるいは基準信号源として最適な水晶発振器を具え、更に、少なくとも二個の水晶発振器を具えて構成され、それらの内の二個は異なる振動モードの水晶振動子から成る水晶発振器を具えた電子機器に関する。

電子機器に用いられる従来の水晶発振器の一つは増幅器とコンデンサーと抵抗素子と音叉腕の上下面と側面に電極が配置された音叉型屈曲水晶振動子から成る水晶発振器がよく知られている。図１１には、この従来の水晶発振器に用いられている音叉形状の屈曲水晶振動子２００の概観図を示す。図１１において水晶振動子２００は２本の音叉腕２０１，２０２と音叉基部２３０とを具えている。図１２には図１１の音叉腕の断面図を示す。図１２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。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、特許文献１から特許文献３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。
特開昭５６−６５５１７ 特開昭特開２０００−２２３９９２（Ｐ２０００−２２３９９２Ａ） 国際公開第００／４４０９２

音叉型屈曲水晶振動子では、電界成分Ｅｘが大きいほど損失等価直列抵抗Ｒ_１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１２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、損失等価直列抵抗Ｒ_１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、特許文献１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、寸法と振動モード及び基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_１と高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_ｎ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生じ、電子機器が正常に動作しない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を具えた水晶発振器が所望されていた。更に、水晶発振器の消費電流を低減するために、負荷容量Ｃ_Ｌを小さくすると高調波モードの振動がし易くなり、基本波モード振動の出力周波数が得られない等の課題が残されていた。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_１の小さい、品質係数Ｑ値が高くなる音叉形状の屈曲水晶振動子を具え、出力信号が基本波モード振動の周波数で、高い周波数安定性（高い時間精度）を有し、消費電流の少ない水晶発振器が所望されていた。又、特に、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、Ｑ値の高い幅縦モード水晶振動子を具えた水晶発振器に関する報告はなされていないのが実状である。

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又は幅縦モード水晶振動子又は厚みすべりモード水晶振動子から成る水晶発振器を具えた電子機器を提供することを目的とするものである。

即ち、本発明の水晶振動子の製造方法の第１の態様は、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音叉腕とを備えて構成され、逆相の屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子の製造方法で、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、上面とその上面に対抗する下面と第１側面とその第１側面に対抗する第２側面とを有し、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部は前記音叉基部に接続され、他端部は自由であって、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Ｍ_１が、前記２次高調波モード振動のフイガーオブメリットＭ_２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、準備された水晶ウエハの上面とその上面に対抗する下面の各々に金属膜を蒸着又はスパッタリングにより形成し、前記水晶ウエハの上面と下面の各々に形成された前記金属膜の上にレジストを塗布する工程と、前記音叉基部と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕とを備えた音叉形状を形成する工程と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝を形成する工程と、前記溝を有する前記第１音叉腕と前記第２音叉腕とを備えた前記音叉形状の面に金属膜を形成し、前記音叉形状の面に形成された前記金属膜の上にレジストを塗布する工程と、前記第１音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面に形成された電極と、前記第２音叉腕の第１側面と第２側面の各々に形成された電極が同極になるように、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に形成された電極と、前記第１音叉腕の第１側面と第２側面の各々に形成された電極が同極になるように、前記電極を形成する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子の周波数を調整する工程と、を含む水晶振動子の製造方法である。
本発明の水晶振動子の製造方法の第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Ｒ_１が、前記２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_２より小さくなるように、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。
本発明の水晶振動子の製造方法の第３の態様は、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記２次高調波モード振動のフイガーオブメリットＭ_２が３０より小さくなるように、前記音叉形状と前記溝と前記電極の寸法を決定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１の態様は、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音叉腕とを備えて構成され、逆相の屈曲モードで振動する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、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、上面とその上面に対抗する下面と第１側面とその第１側面に対抗する第２側面とを有し、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部は前記音叉基部に接続され、他端部は自由であって、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Ｍ_１が、前記２次高調波モード振動のフイガーオブメリットＭ_２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、準備された水晶ウエハの上面とその上面に対抗する下面の各々に金属膜を蒸着又はスパッタリングにより形成し、前記水晶ウエハの上面と下面の各々に形成された前記金属膜の上にレジストを塗布する工程と、前記音叉基部と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕とを備えた音叉形状を形成する工程と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝を形成する工程と、前記溝を有する前記第１音叉腕と前記第２音叉腕とを備えた前記音叉形状の面に金属膜を形成し、前記音叉形状の面に形成された前記金属膜の上にレジストを塗布する工程と、前記第１音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面に形成された電極と、前記第２音叉腕の第１側面と第２側面の各々に形成された電極が同極になるように、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に形成された電極と、前記第１音叉腕の第１側面と第２側面の各々に形成された電極が同極になるように、前記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ケースの固定部に固定する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子の周波数を調整する工程と、前記蓋を前記ケースに接続する工程と、を含む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Ｒ_１が、前記２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_２より小さくなるように、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と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記２次高調波モード振動のフイガーオブメリットＭ_２が３０より小さくなるように、前記音叉形状と前記溝と前記電極の寸法を決定する工程と、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、前記音叉型屈曲水晶振動子が水晶ウエハ内に形成され、前記音叉形屈曲水晶振動子の基本波モード振動の基準周波数が３２．７６８ｋＨｚで、前記音叉形屈曲水晶振動子の発振周波数が前記基準周波数に対して、−９０００ＰＰＭから＋５０００ＰＰＭの範囲内にあるように前記水晶ウエハ内で前記発振周波数を調整する工程と、前記蓋を前記ケースに接続する工程の後に、前記音叉形屈曲水晶振動子の前記発振周波数が前記基準周波数に対して、−５０ＰＰＭから＋５０ＰＰＭの範囲内にあるように前記発振周波数を調整する工程と、前記音叉基部は第１幅を備えた第１基部部分と前記第１幅より大きい第２基部部分とを備え、前記第１基部部分に前記第１音叉腕と前記第２音叉腕は接続されていて、切り欠き部が前記第１基部部分と前記第２基部部分の間にあるように、前記音叉形状を形成するときに、前記切り欠き部を前記音叉基部に形成する工程と、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３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素子とを搭載する工程と、を備えている水晶発振器の製造方法である。

このように、本発明は音叉形状の屈曲水晶振動子又は幅縦モード水晶振動子又は厚みすべりモード水晶振動子から成る水晶発振器を具えた電子機器で、特に、増幅回路と帰還回路との関係と水晶振動子の形状とカット角を示すことにより、高い周波数安定性を有する水晶発振器を具えた電子機器を得る事ができる。

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は本発明の電子機器の一実施例で、ファクシミリのブロック図の一例である。即ち、モデム、音声回路、時計回路、印刷部、取り込み部、操作部と表示部から構成されている。又、この原理は、まず取り込み部で原稿に投影した光の反射光を電荷結合素子（ＣＣＤ）で感知し走査される。感知された反射光の濃淡はデジタル信号に変換され、モデムで変調されて電話回線へ送られる。又、受信側では、受けた信号をモデムで復調し、印刷部で送信側と同期させて記録紙に印刷される。図１に示すように、水晶振動子は制御部や印刷部のＣＰＵクロック、音声回路の音声合成ＩＣのクロック、モデムの同期クロックそして時計回路の時間基準等に使用される。即ち、これらは水晶発振器を構成しその出力信号が用いられる。例えば、表示部に時間を表示するための信号として使用される。本実施例の電子機器の一つであるファクシミリが正常に動作するには、この機器に使われる水晶発振器の正確な出力信号が要求される。本実施例では、電子機器の一例としてファクシミリを示したが、本発明の電子機器には水晶発振器を具えて構成される機器はすべて包含される。例えば、携帯電話、電話、テレビ、カメラ、ビデオ、ビデオカメラ、ページャ、パーソナルコンピュータ、プリンタ、ＣＤプレーヤ、ＭＤプレーヤ、電子楽器、カーナビゲィション、カーエレクトロニクス、時計、ＩＣカード等である。以下、本発明の電子機器に使用される水晶発振器について詳述する。

図２は本発明の電子機器に使用される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ァ回路（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ァ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ァ回路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図４から図８で詳述される。

図３は図２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_ｉ、ドレイン抵抗７の抵抗をＲ_ｄ、コンデンサー５、６の容量をＣ_ｇ、Ｃ_ｄ、水晶のクリスタルインピーダンスをＲ_ｅｉ，入力電圧をＶ_１，出力電圧をＶ_２とすると、帰還率β_ｉはβ_ｉ＝｜Ｖ_２｜_ｉ／｜Ｖ_１｜_ｉで定義される。但し、ｉは屈曲モード振動の振動次数を表し、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_ＬはＣ_Ｌ＝Ｃ_ｇＣ_ｄ／（Ｃ_ｇ＋Ｃ_ｄ）で与えられ、Ｃ_ｇ＝Ｃ_ｄ＝Ｃ_ｇｄとＲ_ｄ＞＞Ｒ_ｅｉとすると、帰還率β_ｉはβ_ｉ＝１／（１＋ｋＣ_Ｌ ^２）で与えられる。但し、ｋはω_ｉ、Ｒ_ｄ、Ｒ_ｅｉの関数で表される。又、Ｒ_ｅｉは近似的に等価直列抵抗Ｒ_ｉに等しくなる。

このように、帰還率β_ｉと負荷容量Ｃ_Ｌとの関係から、負荷容量Ｃ_Ｌ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_Ｌ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。

本発明の電子機器に使用される水晶発振器は、消費電流が少なく、しかも、出力周波数が高い周波数安定性（高い時間精度）を有する、基本波モード振動の周波数である水晶発振器を提供することを目的としている。それ故、消費電流を少なくするために、本実施例では、負荷容量Ｃ_Ｌは１０ｐＦ以下を用いる。より消費電流を少なくするには、消費電流は負荷容量に比例するので、Ｃ_Ｌ＝８ｐＦ以下が好ましい。ここで言う、容量Ｃ_ｇ、Ｃ_ｄは回路の浮遊容量を含まない数値であるが、実際には、回路構成により浮遊容量が存在する。それ故、本実施例では、この回路構成による浮遊容量を含んだ負荷容量Ｃ_Ｌは１８ｐＦ以下を用いる。また、高調波モードの振動を抑え、発振器の出力信号が基本波モード振動の周波数を得るために、α_１／α_ｎ＞β_ｎ／β_１とα_１β_１＞１を満足するように本実施例の水晶発振回路は構成される。但し、α_１、α_ｎは基本波モード振動と高調波モード振動の増幅回路の増幅率で、β_１、β_ｎは基本波モード振動と高調波モード振動の帰還回路の帰還率である。即ち、ｎ＝２、３のとき、それぞれ、２次、３次高調波モード振動である。

換言するならば、増幅回路の基本波モード振動の増幅率α_１と高調波モード振動の増幅率α_ｎの比が帰還回路の高調波モード振動の帰還率β_ｎと基本波モード振動の帰還率β_１の比より大きく、かつ、基本波モード振動の増幅率α_１と基本波モード振動の帰還率β_１の積が１より大きくなるように構成される。このような構成により、消費電流の少ない、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。更に、高い周波数安定性については後述される。

又、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_ｉ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_１｜と基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_１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_ｎ｜と高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_ｎの比より大きくなるように水晶発振回路が構成されている。即ち、｜−ＲＬ_１｜／Ｒ_１＞｜−ＲＬ_ｎ｜／Ｒ_ｎ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。

図４は本発明の電子機器を構成する第１実施例の水晶発振器に用いられる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２０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。

図５は、図４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５では図４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３２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。

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_１を有している。ここで言う厚みｔ_１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５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_１と音叉腕又は音叉腕と音叉基部の厚みｔとの比（ｔ_１／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３３，３７が設けられているが、片面にのみ設けても良い。

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４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_１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。

図６は図４の音叉形状の屈曲水晶振動子１０の上面図を示すものである。図６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５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_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い水晶振動子が実現できる。

更に、部分幅Ｗ_１、Ｗ_３と溝幅Ｗ_２とすると、音叉腕２０，２６の腕幅ＷはＷ＝Ｗ_１＋Ｗ_２

ように構成される。又、溝幅Ｗ_２はＷ_２≧Ｗ_１，Ｗ_３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_２と音叉腕幅Ｗとの比（Ｗ_２／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_１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_１／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_１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。

これに対して、溝２１および溝２７の長さｌ_１について本実施例では、溝２１，２７が音叉腕２０，２６から音叉基部４０の長さｌ_２にまで延在し、基部の溝の長さｌ_３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（ｌ_１−ｌ_３）で与えられ、Ｒ_１の小さい振動子を得るために、（ｌ_１−ｌ_３）／（ｌ−ｌ_２）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ｌ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ｌ_１と全長ｌとの間には密接な関係が存在する。

すなわち、音叉腕２０，２６又は音叉腕２０，２６と音叉基部４０に設けられた溝の長さｌ_１と音叉形状の屈曲水晶振動子の全長ｌとの比（ｌ_１／ｌ）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_１が高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_ｎより小さくなる。即ち、Ｒ_１＜Ｒ_ｎ（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）、コンデンサー、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ｌ_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（ｌ_１／ｌ）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（ｌ_１／ｌ）を満足すれば良い。

また、この実施例では、音叉基部４０は図６中、振動子１０の長さｌ_２の下側部分全体とされ、又、音叉腕２０及び音叉腕２６は、図６中、振動子１０の長さｌ_２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ｌ_３＝０となる。また、本発明で言う溝の長さｌ_１とは、音叉腕にのみ溝が設けられている時には、溝幅Ｗ_２と音叉腕幅Ｗとの比（Ｗ_２／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ｌ_３を含む長さがｌ_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ｌ_１は音叉腕の溝の長さである。

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_２と音叉腕幅Ｗとの比（Ｗ_２／Ｗ）が０．３５より大きく、１より小さく、且つ、前記溝の厚みｔ_１と音叉腕の厚みｔとの比（ｔ_１／ｔ）が０．７９より小さくなるように溝が形成されている。

するように構成され、間隔Ｗ_４は０．０５ｍｍ〜０．３５ｍｍで、溝幅Ｗ_２は０．０３ｍｍ〜０．１２ｍｍ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と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〜０．１２ｍｍ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、０．１２ｍｍより厚い水晶ウエハを使用してもよい。

更に詳述するならば、屈曲水晶振動子の誘導性と電気機械変換効率と品質係数を表すフイガーオブメリットＭ_ｉは品質係数Ｑ_ｉ値と容量比ｒ_ｉの比（Ｑ_ｉ／ｒ_ｉ）によって定義され（ｉ＝１のとき基本波振動、ｉ＝２のとき２次高調波振動、ｉ＝３のとき３次高調波振動）、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_ｓと並列容量に依存する直列共振周波数ｆ_ｒの周波数差ΔｆはフイガーオブメリットＭ_ｉに反比例し、その値Ｍ_ｉが大きい程Δｆは小さくなる。従って、Ｍ_ｉが大きい程、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。

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_１が高調波モード振動のフイガーオブメリットＭ_ｎより大きくなる。即ち、Ｍ_１＞Ｍ_ｎ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_２／Ｗ＝０．５、ｔ_１／ｔ＝０．３４、ｌ_１／ｌ＝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_１、Ｍ_２はそれぞれＭ_１＞６５、Ｍ_２＜３０となる。即ち、高い誘導性と電気機械変換効率の良い（等価直列抵抗Ｒ_１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。また、本発明の基本波モード振動の基準周波数は１０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚが用いられる。特に、３２．７６８ｋＨｚは広く使用されている。

図７は本発明の電子機器を構成する第２実施例の水晶発振器に用いられる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４６，４７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_２と長さｌ_１を有する。更に詳述するならば、溝の面積Ｓ＝Ｗ_２×ｌ_１で示し、Ｓは０．０２５〜０．１２ｍｍ^２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。

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_２と音叉腕の間隔Ｗ_４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〜０．１５ｍｍのとき、溝幅Ｗ_２が０．０２ｍｍ〜０．０６８ｍｍの範囲内に、更に、面積Ｓは０．０２３ｍｍ^２〜０．０８８ｍｍ^２の範囲内にあり、間隔Ｗ_４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７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。

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_５で与えられ、切り欠き部５３、５４の端部側の寸法はＷ_６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

た、切り欠き部５３、５４も振動子の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７で示されている音叉腕の腕幅Ｗ、部分幅Ｗ_１、Ｗ_３、溝幅Ｗ_２と間隔Ｗ_４及び溝の長さｌ_１と音叉振動子の全長ｌとの関係は図６で述べられているので、ここでは省略する。

図８は本発明の電子機器を構成する第３実施例の水晶発振器に用いられる幅縦モード水晶振動子の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。幅縦モード水晶振動子６２は振動部６３、接続部６６、６９とマウント部６８、８１をそれぞれ含む支持部６７、８０を具えて構成されている。更に、支持部６７と支持部８０にはそれぞれ穴６７ａと穴８０ａが設けられている。更に詳述するならば、第一接続部６６と第二接続部６９は振動部６３の長さ方向の反対に位置する端部に設けられている。即ち、一方の第一支持部６７は第一接続部６６を介して振動部６３に接続されていて、他方の第二支持部８０は第二接続部６９を介して振動部６３に接続されている。また、振動部６３の上面と下面には電極６４と電極６５が対抗して配置され、それらの電極は異極となるように構成されている。即ち、一対の電極が配置されている。更に、電極６４は一方の第二接続部６９を介して第二マウント部８１にまで延在して配置されている。また、電極６５は他方の第一接続部６６を介して第一マウント部６８にまで延在して配置されている。本実施例では、振動部６３に配置された電極６４と電極６５は互いに異なる方向に延在してマウント部まで配置されているが、同方向に延在するように配置しても振動子として同じ特性が得られる。本実施例の振動子はマウント部６８、８１がユニットのケース又は蓋の固定部に接着剤や半田によって固定される。

次に、前記幅縦モード水晶振動子のカット角とその座標系との関係について説明する。座標系は原点Ｏ、電気軸ｘ、機械軸ｙ、光軸ｚとする時、Ｏ−ｘｙｚを構成する。まず、ｘ軸に垂直な水晶板、いわゆる、Ｘ板水晶を考える。このとき、Ｘ板水晶の各寸法である幅Ｗ_０、長さＬ_０、と厚みＴ_０はそれぞれｙ軸、ｚ軸、及びｘ軸方向に一致している。更に、このＸ板水晶をｘ軸の廻りに角度θ_ｘ＝−２５°〜＋２５°回転し、更に、ｙ軸の新軸ｙ′軸の廻りに角度θ_ｙ＝−３０°〜＋３０°回転される。このとき、ｘ軸の新軸はｘ′軸に、ｚ軸は２軸の廻りに回転されるので、新軸はｚ″と成る。本実施例の幅縦モード水晶振動子は前記した回転水晶板から形成される。尚、本実施例の電気軸＋ｘ軸の定義はＪＩＳ規格に従い、反時計方向の回転角を正（プラス）とする。又、前記振動子の頂点温度を室温付近に設定するには、角度θ_ｘはθ_ｘ＝−１２°〜−１３．５°、−１８．５°〜−１９．８°又は、角度θ_ｘ、θ_ｙはそれぞれθ_ｘ＝−１３°〜−１８°、θ_ｙ＝＋／−（０．５°〜３０°）により得られる。本実施例では、Ｘ板水晶を最初に、ｘ軸の廻りに角度θ_ｘ＝−２５°〜＋２５°回転し、次に、ｙ′軸の廻りに角度θ_ｙ＝−３０°〜＋３０°回転されているが、最初に、ｘ軸の廻りに角度θ_ｘ＝−２５°〜＋２５°回転し、次に、ｚ軸の新軸ｚ′軸の廻りに角度θ_ｚ＝−１５°〜＋１５°回転してもよい。本実施例では、幅縦モード水晶振動子の形成に用いる水晶板のカット角について述べたが、本発明の振動子のカット角はこれに限定されるものでなく、形成された幅縦モード水晶振動子が前記した角度を有する振動子であれば良く、本発明はそれらの振動子をも包含するものである。例えば、水晶板の面内回転をしないで、振動子形成に用いるマスク等で面内回転を行うものである。

更に詳述するならば、幅縦モード水晶振動子の厚み方向を電気軸ｘ軸方向に、幅方向を機械軸ｙ軸方向に、長さ方向を光軸ｚ軸方向にそれぞれ一致させ、前記幅縦モード水晶振動子を最初に厚み方向の軸（ｘ軸）を回転軸として角度θ_ｘ回転させ、次に、幅方向の軸（ｙ軸の回転後の新軸ｙ′軸）を回転軸として角度θ_ｙ回転させるか、又は、前記幅縦モード水晶振動子を最初に厚み方向の軸（ｘ軸）を回転軸として角度θ_ｘ回転させ、次に、長さ方向の軸（光軸ｚ軸の回転後の新軸ｚ′軸）を回転軸として角度θ_ｚ回転させ、前記角度θ_ｘ、θ_ｙとθ_ｚがそれぞれθ_ｘ＝−２５°〜＋２５°、θ_ｙ＝−３０°〜＋３０°、θ_ｚ＝−１５°〜＋１５°を有するように幅縦モード水晶振動子は形成される。これらのカット角の組み合わせにより、広い温度範囲に亙って頂点温度を設定することができる。

更に、振動部６３は幅Ｗ_０、長さＬ_０、及び厚みＴ_０の寸法を有し、幅Ｗ_０、長さＬ_０、及び厚みＴ_０はそれぞれｙ′軸、ｚ″軸、及びｘ′軸方向と一致している。すなわち、ｘ′軸に垂直な面となる振動部６３の上面と下面に電極６４と電極６５が配置されている。又、電極６４に対抗する電極６５は異極となるように構成されている。更に、振動部６３の長さＬ_０は幅Ｗ_０より大きく、厚みＴ_０は幅Ｗ_０より小さくなるように設計される。即ち、幅縦モード振動と長さ縦モード振動との結合を無視できるほどに小さく、且つ、振動部の電極面積を大きくして、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい幅縦モード水晶振動子を得るためには、幅Ｗ_０と長さＬ_０の比Ｗ_０／Ｌ_０は０．８より小さく、且つ、電界Ｅ_ｘを大きくして、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい幅縦水晶振動子を得るためには、厚みＴ_０と幅Ｗ_０との比Ｔ_０／Ｗ_０は０．８５より小さくすることが必要である。実際のこれらの寸法の決定は幅縦モード水晶振動子に要求される特性によって決まる。通常、厚みＴ_０は２５０μｍ以下に設定される。

更に詳述するならば、幅縦モード水晶振動子の共振周波数は幅寸法Ｗ_０に反比例し、他の寸法（長さ、厚み、接続部と支持部）には殆ど依存しない。それ故、幅Ｗ_０を小さくすることにより、小型で、高周波数化が図れる。また、前記した寸法の関係から不要振動のない単一振動モードで振動する幅縦モード水晶振動子が得られる。と同時に、厚み方向に電界がかかるように振動部に電極を配置することにより、幅縦モード水晶振動子の基本波モード振動とオーバートンモード振動の振動次数が圧電定数に依存しなくなる。即ち、基本波モード振動とオーバートンモード振動の振動次数が圧電定数に依存しないように振動部とその上に配置される電極との構成がなされる。それ故、本発明の幅縦モード水晶振動子の共振周波数は圧電定数に依存しないので、振動子の設計が非常に容易になると言う著しい効果を有する。

次に、本実施例の幅縦モード水晶振動子を駆動するのに必要な圧電定数ｅ_１２の値について説明する。この圧電定数ｅ_１２の値が大きいほど、電気機械変換効率は高くなる。本実施例の幅縦モード水晶振動子の圧電定数ｅ_１２の絶対値は０．０９５〜０．１８Ｃ／ｍ^２を有する。即ち、本実施例の幅縦モード水晶振動子は高い電気機械変換効率を有するので、等価直列抵抗Ｒ_１の小さい、品質係数Ｑ値の高い、しかも、超小型の幅縦モード水晶振動子を得ることができる。

今、図８の電極６４と電極６５の間に交番電圧を印加すると、電界Ｅ_ｘは図８の側面図（ｂ）の実線と点線の矢印で示したように厚み方向に交互に働く。その結果、振動部６３は幅方向に伸縮する振動をする。即ち、電界方向に対して垂直方向に振動する、いわゆる横効果型の幅縦モード水晶振動子を得ることができる。この主（幅縦）振動の共振周波数は圧電定数に依存しない振動子である。また、本実施例の幅縦モード水晶振動子は、電界方向に対して平行に振動するＫＴカット幅縦モード水晶振動子とは異なる振動子である。と同時に、ＫＴカット水晶振動子はその振動次数が圧電定数に依存する、いわゆる縦効果型の振動子である。即ち、共振周波数が圧電定数に依存する振動子である。本実施例では、幅縦モード水晶振動子について述べたが、この振動子の代わりに振動子の厚みに周波数が依存する厚みすべりモード水晶振動子を本発明の電子機器に用いても良い。

図９は本発明の電子機器を構成する第４実施例の水晶発振器に用いられる水晶ユニットの断面図である。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４と図７で詳細に述べられた屈曲モードで振動する音叉形状の水晶振動子１０、４５の内の一個と同じ振動子である。又、本実施例の水晶発振器で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る。又、図８で述べた幅縦モード水晶振動子と厚みすべりモード水晶振動子も同様に本実施例の表面実装型水晶ユニットに収納される。通常、幅縦モード水晶振動子はその両端部で、厚みすべりモード水晶振動子は片方の端部で固定部に固定される。

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、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１０の水晶発振器にも適用される。

図１０は本発明の電子機器を構成する第５実施例の水晶発振器の断面図を示す。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）を具えて構成され、増幅器９８はＣＭＯＳインバータが用いられる。

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４と図７で詳細に述べられた音叉形状の屈曲水晶振動子１０、４５か、又は、図８で述べられた幅縦モード水晶振動子６２又は厚みすべり水晶振動子の中の振動子が用いられる。

次に、本発明の電子機器に用いられる水晶発振器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。

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。

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−９０００ＰＰＭ〜＋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。

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−９５０ＰＰＭ〜＋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。

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ー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からなり、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ーとドレイン側のコンデンサーからなるように接続される。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。

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。

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_７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_１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_１をＭ_ｎより大きくする事ができる。

更に、本実施例の屈曲水晶振動子の音叉形状と溝及び幅縦モード水晶振動子の形状は化学的、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。また、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。それ故、本発明では、物理的方法と機械的方法による加工方法を粒子法による加工と言う。

以上述べたように、本発明の電子機器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）少なくとも一つの水晶発振器に音叉形状の屈曲水晶振動子を用い、その基本波モード振動のフイガーオブメリットＭ_１が高調波モード振動のフイガーオブメリットＭ_ｎより大きい振動子を具えて水晶発振器は構成され、更に、増幅回路の基本波モード振動の負性抵抗の絶対値｜−ＲＬ_１｜と基本波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_１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_ｎ｜と高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_ｎの比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、水晶発振器の出力信号が基本波モード振動の周波数で、かつ、高い周波数安定性を有する。その結果、その出力信号を用いた高精度の電子機器が実現できる。
（２）少なくとも一つの水晶発振器に幅縦モード水晶振動子又は厚みすべりモード水晶振動子を用いるので、小型で、かつ、高精度の出力信号が得られ、更に、この出力信号により電子機器は動作するので、高い信頼性を有する電子機器が実現できる。

本発明の水晶発振器は超小型で、高い周波数安定性を有するので、特に高い信頼性を必要とする電子機器に適用できる。

本発明の電子機器の一実施例で、ファクシミリのブロック図の一例である。 本発明の電子機器に使用される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。 図２の帰還回路図を示す。 本発明の電子機器を構成する第１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の外観図とその座標系を示す。 図４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。 図４の音叉形状の屈曲水晶振動子の上面図を示す。 本発明の電子機器を構成する第２実施例の水晶発振器に用いられる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。 本発明の電子機器を構成する第３実施例の水晶発振器に用いられる幅縦モード水晶振動子の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 本発明の電子機器を構成する第４実施例の水晶発振器に用いられる水晶ユニットの断面図である。 本発明の電子機器を構成する第５実施例の水晶発振器の断面図である。 従来の電子機器を構成する水晶発振器に用いられる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。 図１１の音叉形状水晶振動子の音叉腕の断面図である。

符号の説明

１，９ 増幅回路，帰還回路
Ｖ_１，Ｖ_２ 入力電圧，出力電圧
Ｗ_２，ｔ_１ 溝幅、溝の厚み
Ｗ，Ｗ_４ 音叉腕の腕幅、音叉腕の間隔
Ｗ_１，Ｗ_３ 音叉腕の部分幅
ｌ_１，ｌ_２，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 音叉腕又は音叉腕と音叉基部の厚み

Claims (7)

1. 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音叉腕とを備えて構成され、逆相の屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子の製造方法で、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、上面とその上面に対抗する下面と第１側面とその第１側面に対抗する第２側面とを有し、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部は前記音叉基部に接続され、他端部は自由であって、
   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Ｍ_１が、前記２次高調波モード振動のフイガーオブメリットＭ_２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、
   準備された水晶ウエハの上面とその上面に対抗する下面の各々に金属膜を蒸着又はスパッタリングにより形成し、前記水晶ウエハの上面と下面の各々に形成された前記金属膜の上にレジストを塗布する工程と、
   前記音叉基部と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕とを備えた音叉形状を形成する工程と、
   前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝を形成する工程と、
   前記溝を有する前記第１音叉腕と前記第２音叉腕とを備えた前記音叉形状の面に金属膜を形成し、前記音叉形状の面に形成された前記金属膜の上にレジストを塗布する工程と、
   前記第１音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面に形成された電極と、前記第２音叉腕の第１側面と第２側面の各々に形成された電極が同極になるように、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に形成された電極と、前記第１音叉腕の第１側面と第２側面の各々に形成された電極が同極になるように、前記電極を形成する工程と、
   前記音叉型屈曲水晶振動子の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。
2. 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Ｒ_１が、前記２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_２より小さくなるように、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。
3. 前記音叉型屈曲水晶振動子の前記２次高調波モード振動のフイガーオブメリットＭ_２が３０より小さくなるように、前記音叉形状と前記溝と前記電極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または請求項２に記載の水晶振動子の製造方法。
4. 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音叉腕とを備えて構成され、逆相の屈曲モードで振動する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、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々は、上面とその上面に対抗する下面と第１側面とその第１側面に対抗する第２側面とを有し、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の一端部は前記音叉基部に接続され、他端部は自由であって、
   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Ｍ_１が、前記２次高調波モード振動のフイガーオブメリットＭ_２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、
   準備された水晶ウエハの上面とその上面に対抗する下面の各々に金属膜を蒸着又はスパッタリングにより形成し、前記水晶ウエハの上面と下面の各々に形成された前記金属膜の上にレジストを塗布する工程と、
   前記音叉基部と、前記第１音叉腕と前記第２音叉腕とを備えた音叉形状を形成する工程と、
   前記第１音叉腕と前記第２音叉腕の各々の上面と下面の各々に溝を形成する工程と、
   前記溝を有する前記第１音叉腕と前記第２音叉腕とを備えた前記音叉形状の面に金属膜を形成し、前記音叉形状の面に形成された前記金属膜の上にレジストを塗布する工程と、
   前記第１音叉腕の上面と下面の各々に形成された前記溝の面に形成された電極と、前記第２音叉腕の第１側面と第２側面の各々に形成された電極が同極になるように、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に形成された電極と、前記第１音叉腕の第１側面と第２側面の各々に形成された電極が同極になるように、前記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ケースの固定部に固定する工程と、
   前記音叉型屈曲水晶振動子の周波数を調整する工程と、
   前記蓋を前記ケースに接続する工程と、を含むことを特徴とする水晶ユニットの製造方法。
5. 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Ｒ_１が、前記２次高調波モード振動の等価直列抵抗Ｒ_２より小さくなるように、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と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記２次高調波モード振動のフイガーオブメリットＭ_２が３０より小さくなるように、前記音叉形状と前記溝と前記電極の寸法を決定する工程と、を備えていることを特徴とする請求項４に記載の水晶ユニットの製造方法。
6. 前記音叉型屈曲水晶振動子が水晶ウエハ内に形成され、前記音叉形屈曲水晶振動子の基本波モード振動の基準周波数が３２．７６８ｋＨｚで、前記音叉形屈曲水晶振動子の発振周波数が前記基準周波数に対して、−９０００ＰＰＭから＋５０００ＰＰＭの範囲内にあるように前記水晶ウエハ内で前記発振周波数を調整する工程と、前記蓋を前記ケースに接続する工程の後に、前記音叉形屈曲水晶振動子の前記発振周波数が前記基準周波数に対して、−５０ＰＰＭから＋５０ＰＰＭの範囲内にあるように前記発振周波数を調整する工程と、前記音叉基部は第１幅を備えた第１基部部分と前記第１幅より大きい第２基部部分とを備え、前記第１基部部分に前記第１音叉腕と前記第２音叉腕は接続されていて、切り欠き部が前記第１基部部分と前記第２基部部分の間にあるように、前記音叉形状を形成するときに、前記切り欠き部を前記音叉基部に形成する工程と、を備えていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の水晶ユニットの製造方法。
7. 請求項４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素子とを搭載する工程と、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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