JP5989491B2 - 水晶振動子 - Google Patents
水晶振動子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5989491B2 JP5989491B2 JP2012217364A JP2012217364A JP5989491B2 JP 5989491 B2 JP5989491 B2 JP 5989491B2 JP 2012217364 A JP2012217364 A JP 2012217364A JP 2012217364 A JP2012217364 A JP 2012217364A JP 5989491 B2 JP5989491 B2 JP 5989491B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- crystal piece
- supporter
- supported
- notch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 222
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02015—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02149—Means for compensation or elimination of undesirable effects of ageing changes of characteristics, e.g. electro-acousto-migration
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/05—Holders; Supports
- H03H9/10—Mounting in enclosures
- H03H9/1007—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices
- H03H9/1014—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device
- H03H9/1028—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device the BAW device being held between spring terminals
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
ITカットの水晶片を用いた水晶振動子は、恒温槽型の水晶発振器(OCXO:Oven Controlled Crystal Oscillator)等に用いられている。
ITカットの水晶振動子は、結晶のY軸に直交する面をX軸を中心にして反時計回りに約34°回転し、更にこの回転した位置からZ軸を中心にして約19°回転した面から切り出した2回回転の水晶片に、電極を形成したものである。
結晶軸のZ軸、X軸からそれぞれ反時計回りに回転させる2回回転で生じたZ軸をZ″軸とする。
丸型の水晶片を用いた水晶振動子では、通常、水晶片を外周上の2点で支持するが、当該2点を結ぶ直線(直径)と、Z″軸との角度を面内回転角度とする。支持点となる2点は、電極が形成された位置である。
また、2回回転カットの水晶振動子においては、Z″軸からの面内回転角度Ψの大きさが、振動特性に影響を与えることがある。
従来のITカットの水晶振動子におけるエージング特性について図8を用いて説明する。図8は、従来のITカットの水晶振動子のエージング特性の例を示す説明図である。
図8に示すように、横軸は電源投入からの日数、縦軸は周波数変化の割合(Δf/f)を示しており、従来のITカットの水晶振動子では、電源投入後から約10日の間に大きな周波数変化があることが認められる。
これは、水晶振動子の製造時にかけられた応力が、振動開始後、徐々に開放されることによるものと考えられる。
尚、図8では、Z″軸からの面内回転角度Ψが0°の場合を示している。
また、従来の水晶振動子では、水晶片を支持固定する際に水晶片が回転して、水晶片の角度がずれてしまい、ヒートサイクルや衝撃といった環境に対する耐性(耐環境特性)にバラツキを生じることがあった。
ここで、2回回転の水晶振動子であるSCカットの水晶振動子における面内回転角度と周波数変化量との関係について図9、図10を用いて説明する。図9は、ヒートサイクル試験の結果を示す説明図であり、図10は、落下試験の結果を示す説明図である。
[ヒートサイクル試験:図9]
ヒートサイクル試験では、面内回転角度を0°〜90°の範囲で変えて、−55℃〜+125℃の各温度において30分保持を100サイクル実施した場合の周波数変化量を測定した。図9にその結果を示しており、試験した6サンプルについて、周波数変化量の最大、最低、平均を示している。
図9に示すように、面内回転角度Ψによって周波数変化量は異なり、45°の場合に+方向の周波数変化量が最も大きくなっている。
落下試験では、面内回転角度を0°〜90°の範囲で変えて、硬質木板上を100cmの高さから自由落下させた場合の周波数変化量を測定した。自然落下は各サンプルについて3回行った。
図10にその結果を示しており、試験した6サンプルについて、周波数変化量の最大、最低、平均を示している。
図10に示すように、面内回転角度Ψが45°の場合に周波数変化量が最も大きくなっている。
尚、水晶振動子に関する技術としては、特開2004−096568号公報「ITカットの水晶振動子」(日本電波工業株式会社、特許文献1)、特開2008−099230号公報「SCカット水晶振動子及び高安定水晶発振器」(エプソントヨコム株式会社、特許文献2)がある。
また、従来のITカットの水晶振動子では、水晶片の回転ずれによって耐環境特性がばらついてしまうという問題点があった。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る水晶振動子は、ITカットの丸型水晶片を用い、水晶片が、外周部の2点で支持され、当該2点を結ぶ直線の2回回転のZ″軸からの面内回転角度Ψを、−12°〜+4°、+60°〜+80°とする構成としており、電源投入後の周波数変化を抑えることができ、エージング特性を向上させることができるものである。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る水晶振動子の構成を示す模式説明図である。
図1に示すように、第1の実施の形態に係る水晶振動子(第1の水晶振動子)は、水晶片1と、電極2と、サポータ3と、導電性接着剤4と、金属ベース5と、導通端子6とを備えている。
電極2は、水晶片1の表面及び裏面に設けられており、水晶片1の中心部に設けられた励振電極と、励振電極から外側に引き出された引出電極とを備えている。引出電極は、水晶片1の表面及び裏面において、互いに対向する位置(中心に対して略対称となる位置)に引き出されている。
導通端子6は、金属ベース5の主面に垂直に設けられ、サポータ3と電気的に接続する共に、金属ベース5の裏面側で外部に導通する。
図2は、ITカット水晶振動子における面内回転角度Ψを示す説明図である。
図2に示すように、結晶軸のX″−Z″平面内において、Y軸を中心とする水晶片1がサポータ3によって支持されている2点を結ぶ直径と、Z″軸とがなす角度Ψを面内回転角度と称する。
そして、第1の水晶振動子の特徴として、水晶片の面内回転角度Ψを、周波数経時変化が小さくなる特定の角度とするようにサポータ3で支持している。
次に、ITカットの水晶振動子における水晶片の面内回転角度Ψと周波数経時変化との関係について図3を用いて説明する。図3は、ITカットの水晶振動子における水晶片の面内回転角度Ψと周波数経時変化との関係を示すグラフである。
図3では、面内回転角度Ψが−90°〜+90°となる範囲で、水晶片1の支持位置を変えて、電源投入後10日後における周波数経時変化を測定した例を示している。
図3の例では、面内回転角度Ψが−4°付近、+70°付近において周波数変化量が極小となっている。
第1の水晶振動子は、このことを利用して、周波数経時変化をできるだけ小さくするよう、特定の面内回転角度で水晶片を支持するようにしたものである。
次に、第1の水晶振動子における水晶片の支持位置について図4を用いて説明する。図4は、第1の水晶振動子における水晶片の支持位置を示す模式説明図である。
図4に示すように、第1の水晶振動子では、ITカットの丸型水晶片を支持する2点の位置を、A,Bの2パターンとしている。
すなわち、第1の水晶振動子では、これらの2パターンに対応する領域に、引出電極を形成している。
つまり、第1の水晶振動子では、周波数経時変化がほとんど発生しない面内回転角度Ψとなるよう、最適な支持位置で水晶振動子を支持するものである。
これにより、第1の水晶振動子では、電源投入後10日間における周波数経時変化を最小として、エージング特性のバラツキを抑えることができ、良好な振動特性を得ることができるものである。
Aパターン、Bパターンについて、更に精度を向上させるために、周波数経時変化が0となる点を中心に±5°程度の狭い範囲にしてもよい。また、いずれのパターンでも、中心からの幅は要求されるスペックに応じて適宜設定可能である。
本発明の第1の実施の形態に係る水晶振動子によれば、ITカットの丸型水晶片が外周上の対向する2点で支持された水晶振動子で、2点を結ぶ直線の、結晶軸のZ″軸に対する面内回転角度が、−12°〜+4°の範囲と、60°〜80°の範囲のいずれかの範囲に含まれる角度となるよう水晶片1が支持されているので、電源投入からの10日間における周波数経時変化をほとんど無くすことができ、エージング特性のバラツキを低減し、周波数安定度を向上させることができる効果がある。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る水晶振動子について説明する。
本発明の第2の実施の形態に係る別の水晶振動子(第2の水晶振動子)は、上述した第1の水晶振動子について、水晶片が回転して最適な支持位置(最適な面内回転角度)からずれてしまうのを防ぐため、水晶片の形状及びサポータの形状を改良したものであり、周波数安定度を更に向上させるものである。
まず、第2の水晶振動子における水晶片の形状について図5を用いて説明する。図5は、第2の水晶振動子における水晶片の形状を示す模式説明図である。
図5に示すように、第2の水晶振動子の水晶片11は、ITカットの丸型水晶片であり、両面に電極2を備えている。そして、引出電極の両端がサポータで支持される部分となっている。ここで、引出電極の両端の位置は、両端を結ぶ直線とZ″軸とが為す角度が、上述した最適な面内回転角度Ψとなる領域内であり、周波数経時変化がほとんど発生しない支持位置である。
切り欠き部7は、L字型の2辺を備え、水晶片1の支持位置から中心に向かう水平部71と、水平部71の中心寄りの端部から金属ベース5に垂直に下向きに形成された垂直部72とを備えている。
2つの切り欠き部7の水平部71は、第1の水晶振動子で説明したA,B,Cのいずれかのパターンに相当する最適な支持位置(領域内)に形成されている。
第2の水晶振動子の構成について図6を用いて説明する。図6は、第2の水晶振動子の構成を示す模式説明図であり、(a)は正面説明図、(b)は側面説明図、(c)はサポータの先端部分の拡大説明図である。
図6(a)(b)に示すように、第2の水晶振動子の基本的な構成は、図1に示した第1の水晶振動子と同様であり、水晶片11と、電極2と、サポータ31と、導電性接着剤4と、金属ベース5と、導通端子6とを備えており、金属ベース5上に2本のサポータ31によって水晶片11が搭載されている。
水晶片11の形状は、図5に示したように、切り欠き部7を備えた形状である。
また、後述するように、サポータ31の形状が第1の水晶振動子とは異なっている。
他の構成部分については、第1の水晶振動子と同様であるため説明は省略する。
更に、サポータ本体31aから第1の突出部32、第2の突出部33に亘って連続して形成されたスリット34が設けられている。
そして、サポータ31のスリット34と水晶片11とが接する部分が、導電性接着剤4で接着されている。
2本のサポータ31は、切り欠き部7を備えた水晶片11が、上述したようにスリット34に係合し収納されて搭載されるよう、適切な間隔で金属ベース5上に配置されている。
次に、第2の水晶振動子の変形例について図7を用いて説明する。図7は、第2の水晶振動子の変形例の構成を示す説明図であり、(a)は正面説明図、(b)は側面説明図、(c)はサポータの先端部分の拡大説明図である。
第2の水晶振動子の変形例(変形例)では、図5に示した切り欠き部7を備えた水晶片11を用いる点は第2の水晶振動子と同様であるが、サポータの形状をより簡易な形状としている。
他の構成部分については、第2の水晶振動子と同様である。
そして、図7(c)に示すように、変形例のサポータ36は、先端部分にスリット37が設けられている。
本発明の第2の実施の形態に係る水晶振動子によれば、ITカットの丸型水晶片11を備えた水晶振動子であり、Z″軸からの面内回転角度が最適な角度となる直径上の両端に水平部71を有すると共に水平部71の下側が垂直に削られたL字型の切り欠き部7を備え、当該切り欠き部7の水平部71が、サポータ31(又は37)に設けられたスリットに係合することにより、水晶片11の回転を防ぐことができ、水晶片を最適な面内回転角度で支持した状態を維持して、エージング特性を良好に保ち、ヒートサイクルや衝撃に対する環境耐性のバラツキを低減することができる効果がある。
Claims (4)
- ITカットの丸型水晶片を備えた水晶振動子であって、
前記水晶片は、外周部の2点で支持されており、
前記2つの点を結ぶ直線と2回回転のZ″軸とがなす面内回転角度が、周波数変化量がゼロとなる角度を含む、−12°〜+4°の範囲、又は+60°〜+80°の範囲のいずれかであることを特徴とする水晶振動子。 - 水晶片は、支持される2点の位置に切り欠き部を備え、
前記水晶片を支持するサポータが、前記切り欠き部に係合するスリットを備え、
前記切り欠き部は、前記支持される点から中心に向かって形成された水平部と、前記水平部の中心寄りの端部から垂直下向きに形成された垂直部とを備え、
前記切り欠き部の水平部が前記サポータのスリットに係合して、前記水晶片が支持されていることを特徴とする請求項1記載の水晶振動子。 - ITカットの丸型水晶片を備えた水晶振動子であって、
前記水晶片は、外周部の2点で支持されており、
前記2つの点を結ぶ直線と2回回転のZ″軸とがなす面内回転角度を、周波数変化量がゼロとなる角度を含む特定の範囲内とし、
前記水晶片は、支持される2点の位置に切り欠き部を備え、
前記水晶片を支持するサポータが、前記切り欠き部に係合するスリットを備え、
前記切り欠き部は、前記支持される点から中心に向かって形成された水平部と、前記水平部の中心寄りの端部から垂直下向きに形成された垂直部とを備え、
前記切り欠き部の水平部が前記サポータのスリットに係合して、前記水晶片が支持されていることを特徴とする水晶振動子。 - サポータが、前記サポータ本体から水晶片の中心方向とは反対方向に突出する第1の突出部と、前記第1の突出部から更に上側に突出する第2の突出部と、前記サポータ本体から前記第1の突出部及び前記第2の突出部に亘って連続して形成されたスリットとを備え、
前記水晶片の切り欠き部の水平部が、前記サポータ本体に形成されたスリットの端部に係合すると共に、前記水晶片の前記切り欠き部より上側の外周部が、前記第2の突出部に形成されたスリットに収納されて、前記水晶片が支持されていることを特徴とする請求項2又は3記載の水晶振動子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012217364A JP5989491B2 (ja) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | 水晶振動子 |
US14/034,570 US20140091676A1 (en) | 2012-09-28 | 2013-09-24 | Crystal unit |
CN201310445143.9A CN103716005A (zh) | 2012-09-28 | 2013-09-25 | 水晶振子 |
TW102134833A TW201414196A (zh) | 2012-09-28 | 2013-09-26 | 水晶振子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012217364A JP5989491B2 (ja) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | 水晶振動子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014072712A JP2014072712A (ja) | 2014-04-21 |
JP5989491B2 true JP5989491B2 (ja) | 2016-09-07 |
Family
ID=50384501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012217364A Active JP5989491B2 (ja) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | 水晶振動子 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20140091676A1 (ja) |
JP (1) | JP5989491B2 (ja) |
CN (1) | CN103716005A (ja) |
TW (1) | TW201414196A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107852147B (zh) * | 2015-09-01 | 2021-02-05 | 株式会社村田制作所 | 水晶片以及水晶振子 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0218593Y2 (ja) * | 1979-05-26 | 1990-05-24 | ||
JPS6025161Y2 (ja) * | 1983-05-30 | 1985-07-29 | 日本電波工業株式会社 | 厚みすべり圧電振動子 |
JP4008258B2 (ja) * | 2002-02-15 | 2007-11-14 | セイコーインスツル株式会社 | 圧電振動子の製造方法 |
JP3980971B2 (ja) * | 2002-09-02 | 2007-09-26 | 日本電波工業株式会社 | Itカットの水晶振動子 |
JP5228876B2 (ja) * | 2008-02-19 | 2013-07-03 | 株式会社大真空 | 水晶振動子およびその製造方法 |
-
2012
- 2012-09-28 JP JP2012217364A patent/JP5989491B2/ja active Active
-
2013
- 2013-09-24 US US14/034,570 patent/US20140091676A1/en not_active Abandoned
- 2013-09-25 CN CN201310445143.9A patent/CN103716005A/zh active Pending
- 2013-09-26 TW TW102134833A patent/TW201414196A/zh unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW201414196A (zh) | 2014-04-01 |
JP2014072712A (ja) | 2014-04-21 |
US20140091676A1 (en) | 2014-04-03 |
CN103716005A (zh) | 2014-04-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102334289B (zh) | 表面声波谐振器、表面声波振荡器以及电子设备 | |
US8174171B2 (en) | Piezoelectric vibrating devices having bisymmetric vibrating arms and supporting arms, and devices comprising same | |
CN202713246U (zh) | 压电振动元件、压电振子、电子装置及电子设备 | |
JP5085679B2 (ja) | 圧電振動片および圧電デバイス | |
JP2011216924A5 (ja) | ||
JP5989491B2 (ja) | 水晶振動子 | |
JP4516021B2 (ja) | Scカット水晶振動子 | |
JP2017192032A (ja) | 水晶振動子 | |
US6949870B2 (en) | Tuning fork-type crystal vibrator | |
JP4069773B2 (ja) | 圧電振動片、圧電振動子および圧電デバイス | |
JP4187044B2 (ja) | Scカット水晶振動子及び高安定水晶発振器 | |
JP2011160174A (ja) | 振動片基板及び音叉型振動片 | |
JP3980971B2 (ja) | Itカットの水晶振動子 | |
Gufflet | Quartz crystal resonators-brief overview | |
US7011887B2 (en) | IT-cut quartz crystal unit | |
JP4432212B2 (ja) | 水晶振動子及び水晶発振器 | |
CN106559057B (zh) | 音叉式晶体片、音叉式晶体元件、晶体设备和音叉式晶体元件的制造方法 | |
US8030827B2 (en) | Crystal unit | |
JP3980972B2 (ja) | 短冊形のitカットの水晶振動子 | |
TWI747636B (zh) | 彈性波元件 | |
JP2005192088A (ja) | 圧電振動片および圧電振動デバイス | |
JP2000040937A (ja) | Scカットの水晶振動子 | |
JP2017201772A (ja) | 圧電片、圧電振動素子、圧電振動デバイス及び圧電片の製造方法 | |
JP4472406B2 (ja) | 水晶振動子の保持構造 | |
RU2008111230A (ru) | Способ уменьшения влияния вибрационных воздействий на рабочие характеристики кварцевого генератора частоты и виброустойчивый кварцевый генератор |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150731 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160428 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160601 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160712 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160802 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160810 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5989491 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |