JP5135566B2 - 水晶振動子と水晶ユニットと水晶発振器及びそれらの製造方法 - Google Patents
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本発明の水晶ユニットの製造方法の第1の態様は、ケースと、前記ケースの固定部に固定された音叉型屈曲水晶振動子と、前記ケースの開口部をカバーするための蓋とを備えた水晶ユニットの製造方法で、水晶音叉基部と前記水晶音叉基部に接続された少なくとも第1水晶音叉腕と第2水晶音叉腕とを備えた水晶音叉形状を形成する工程と、エッチング加工により、前記第1水晶音叉腕と前記第2水晶音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に溝を形成する工程と、前記溝の側面とその側面に対抗する水晶音叉腕の側面に極性の異なる電極を形成する工程と、前記第1水晶音叉腕と前記第2水晶音叉腕に重りを形成する工程と、前記ケースの固定部に導電性接着剤によって前記音叉型屈曲水晶振動子を固定する工程と、前記蓋を前記ケースに接続する工程と、を含んでいて、前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動の容量比r1、品質係数Q1と周波数安定係数S1と2次高調波モード振動の容量比r2、品質係数Q2と周波数安定係数S2を備え、S1がS1=r1/2Q1 2で定義され、S2がS2=r2/2Q2 2で定義されるとき、S1<S2の関係が得られるように、前記水晶音叉形状と前記溝と前記電極の寸法が決定され、かつ、前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動のフイガーオブメリットM 1 と2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM 2 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、前記水晶音叉形状と前記溝と前記電極の寸法が決定されている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の態様に記載の水晶振動子の製造方法と、あるいは、第2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または32.766kHzから32.77kHz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。
前記音叉型屈曲水晶振動子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水晶音叉腕と第2水晶音叉腕とを備えた水晶音叉形状を備え、前記第1水晶音叉腕と前記第2水晶音叉腕の各々の少なくとも一面に溝が形成され、前記第1水晶音叉腕に形成された前記溝の面の上に配置された電極が、前記第2水晶音叉腕の側面に配置された電極に接続され、かつ、前記第2水晶音叉腕に形成された前記溝の面の上に配置された電極が、前記第1水晶音叉腕の側面に配置された電極に接続されていて、前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動の容量比r1、品質係数Q1と周波数安定係数S1と2次高調波モード振動の容量比r2、品質係数Q2と周波数安定係数S2を備え、S1がS1=r1/2Q1 2で定義され、S2がS2=r2/2Q2 2で定義されるとき、S1<S2の関係が得られるように、前記水晶音叉形状と前記溝と前記電極の寸法が決定され、かつ、前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動のフイガーオブメリットM 1 と2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM 2 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、前記水晶音叉形状と前記溝と前記電極の寸法が決定されている水晶ユニットである。
本発明の水晶発振器の第1の態様は、第1の態様に記載の水晶ユニットの製造方法によって形成された水晶ユニットと、あるいは、第1の態様に記載の水晶ユニットと、増幅器とコンデンサーと抵抗とを備えた水晶発振回路を備えて構成される水晶発振器で、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記電極は前記増幅器と前記コンデンサーと前記抵抗とに電気的に接続されている水晶発振器である。
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をの比より大きく、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 (5)
- 基本波モードで、かつ、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、
水晶ウエハを準備するする工程と、
前記水晶ウエハに水晶音叉基部と前記水晶音叉基部に接続された少なくとも第1水晶音叉腕と第2水晶音叉腕を備えた水晶音叉形状を形成するために、エッチング加工により前記水晶音叉形状を形成する工程と、
エッチング加工により、前記第1水晶音叉腕と前記第2水晶音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に溝を形成する工程と、
前記溝の側面とその側面に対抗する水晶音叉腕の側面に極性の異なる電極を形成する工程と、を含んでいて、
前記音叉型屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が、前記音叉型屈曲水晶振動子の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、かつ、前記フイガーオブメリットM2が30より小さくなるように、前記水晶音叉形状と前記溝と前記電極の寸法が決定されていることを特徴とする水晶振動子の製造方法。 - ケースと、前記ケースの固定部に固定された音叉型屈曲水晶振動子と、前記ケースの開口部をカバーするための蓋とを備えた水晶ユニットの製造方法で、
水晶音叉基部と前記水晶音叉基部に接続された少なくとも第1水晶音叉腕と第2水晶音叉腕とを備えた水晶音叉形状を形成する工程と、
エッチング加工により、前記第1水晶音叉腕と前記第2水晶音叉腕の各々の上面と下面の少なくとも一面に溝を形成する工程と、
前記溝の側面とその側面に対抗する水晶音叉腕の側面に極性の異なる電極を形成する工程と、
前記第1水晶音叉腕と前記第2水晶音叉腕に重りを形成する工程と、
前記ケースの固定部に導電性接着剤によって前記音叉型屈曲水晶振動子を固定する工程と、
前記蓋を前記ケースに接続する工程と、を含んでいて、
前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動の容量比r1、品質係数Q1と周波数安定係数S1と2次高調波モード振動の容量比r2、品質係数Q2と周波数安定係数S2を備え、S1がS1=r1/2Q1 2で定義され、S2がS2=r2/2Q2 2で定義されるとき、S1<S2の関係が得られるように、前記水晶音叉形状と前記溝と前記電極の寸法が決定され、かつ、前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動のフイガーオブメリットM 1 と2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM 2 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、前記水晶音叉形状と前記溝と前記電極の寸法が決定されていることを特徴とする水晶ユニットの製造方法。 - 請求項1に記載の水晶振動子の製造方法と、あるいは、請求項2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または32.766kHzから32.77kHz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。
- ケースと、前記ケースの固定部に固定された音叉型屈曲水晶振動子と、前記ケースの開口部に接続された蓋とを備えた水晶ユニットで、
前記音叉型屈曲水晶振動子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水晶音叉腕と第2水晶音叉腕とを備えた水晶音叉形状を備え、前記第1水晶音叉腕と前記第2水晶音叉腕の各々の少なくとも一面に溝が形成され、前記第1水晶音叉腕に形成された前記溝の面の上に配置された電極が、前記第2水晶音叉腕の側面に配置された電極に接続され、かつ、前記第2水晶音叉腕に形成された前記溝の面の上に配置された電極が、前記第1水晶音叉腕の側面に配置された電極に接続されていて、
前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動の容量比r1、品質係数Q1と周波数安定係数S1と2次高調波モード振動の容量比r2、品質係数Q2と周波数安定係数S2を備え、S1がS1=r1/2Q1 2で定義され、S2がS2=r2/2Q2 2で定義されるとき、S1<S2の関係が得られるように、前記水晶音叉形状と前記溝と前記電極の寸法が決定され、かつ、前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動のフイガーオブメリットM 1 と2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM 2 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、前記水晶音叉形状と前記溝と前記電極の寸法が決定されていることを特徴とする水晶ユニット。 - 請求項2に記載の水晶ユニットの製造方法によって形成された水晶ユニットと、あるいは、請求項4に記載の水晶ユニットと、増幅器とコンデンサーと抵抗とを備えた水晶発振回路を備えて構成される水晶発振器で、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記電極は前記増幅器と前記コンデンサーと前記抵抗とに電気的に接続されていることを特徴とする水晶発振器。
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