JPH0666631B2 - Crystal oscillator - Google Patents
Crystal oscillatorInfo
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- JPH0666631B2 JPH0666631B2 JP58199443A JP19944383A JPH0666631B2 JP H0666631 B2 JPH0666631 B2 JP H0666631B2 JP 58199443 A JP58199443 A JP 58199443A JP 19944383 A JP19944383 A JP 19944383A JP H0666631 B2 JPH0666631 B2 JP H0666631B2
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- 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
- H03H9/02023—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles consisting of quartz
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は中間周波数帯（以下中周波帯と略記する）に適
した水晶振動子の水晶片カット方位に関するものであ
る。The present invention relates to a crystal piece cut azimuth of a crystal resonator suitable for an intermediate frequency band (hereinafter abbreviated as a medium frequency band).
中周波帯のなかで、例えば1MHz帯はマイクロプロセッサ
ーの基準クロックなどで、よく使用される周波数の一つ
になっている。しかしこの中周波帯の水晶振動子は、製
造業者にとって作りにくい周波数の一つになっている。
これは従来からある音叉型屈曲振動子、Ｘカット長辺振
動子、DTカット輪郭振動込、ATカット厚みすべり振動子
のどれをとっても、水晶片寸法の問題又は支持の問題に
むづかしさがあることによる。Among the medium frequency band, for example, the 1MHz band is one of the frequently used frequencies such as the reference clock of a microprocessor. However, this crystal oscillator in the middle frequency band is one of the frequencies that is difficult for manufacturers to make.
It is difficult to solve the problem of the size of the crystal piece or the problem of the support regardless of the conventional tuning fork type bending vibrator, X-cut long-side vibrator, DT-cut contour vibration, and AT-cut thickness-sliding vibrator. It depends.
このような理由から、最近は高周波で作りやすいATカッ
ト厚みすべり振動子とIC分周回路を組合せて1MHz帯の周
波数を得る場合が多くなっている。しかし、この方式は
同一システムを大量に生産する場合以外は、分周回路の
コストアップを吸収できないという欠点がある。For this reason, recently, there are many cases where a frequency in the 1MHz band is obtained by combining an AT cut thickness sliding oscillator that is easy to make at high frequencies with an IC divider circuit. However, this method has a drawback that the cost increase of the frequency dividing circuit cannot be absorbed unless the same system is mass-produced.
そこで発明者は、特開昭56−30312号公報において支持
が容易で作りやすい中周波帯振動子を提案してきた。こ
の振動子の水晶片は３本の振動枝からなり、各振動枝
は、ほぼ長さたて振動モードすなわち各振動枝がその長
さ方向に伸縮振動するものである。以下この振動子を簡
単のためＥ型振動子と略称する。Ｅ型振動子の水晶片
は、従来の短冊型水晶片にくらべると形状も複雑にな
り、その周波数温度特性については、従来全く知られて
いなかった。Therefore, the inventor has proposed a medium frequency band oscillator which is easy to support and easy to manufacture in Japanese Patent Laid-Open No. 56-30312. The crystal piece of this vibrator is composed of three vibrating branches, and each vibrating branch has a substantially longitudinal vibration mode, that is, each vibrating branch expands and contracts in the longitudinal direction. Hereinafter, this vibrator is abbreviated as an E-type vibrator for simplicity. The crystal piece of the E-type oscillator has a complicated shape as compared with the conventional strip-shaped crystal piece, and its frequency-temperature characteristic has never been known.
本発明の目的は、Ｅ型振動子の周波数温度特性が良好と
なる水晶片のカット方位を提案することにある。この目
的を達成するため、本発明ではＥ型振動子の水晶片カッ
ト方位を規定する二つの角度をθ、とする時、θはＹ
−Ｚ面をＸ軸を中心に回転した角度で−５゜〜＋17゜の
範囲にあり、はＺ′−Ｘ面をＹ′軸を中心に回転した
角度で−90゜〜＋90゜の範囲にあることを特徴としてい
る。An object of the present invention is to propose a cut orientation of a crystal piece that makes the frequency temperature characteristic of the E-type vibrator good. To achieve this object, in the present invention, when the two angles that define the crystal piece cut azimuth of the E-shaped oscillator are θ, θ is Y
-Z plane is in the range of -5 ° to + 17 ° when rotated about the X axis, and Z'-X plane is in the range of -90 ° to + 90 ° when rotated around the Y'axis. It is characterized by being.
以下本発明の実施例について説明する。Examples of the present invention will be described below.
第１図（Ａ）、（Ｂ）はＥ型振動子の水晶片のカット方
位を説明するための斜視図である。水晶片10aは最初第
１図（Ａ）に示されるように、水晶固有の直角座標軸
Ｘ、Ｙ、Ｚに対して、水晶片10aの長さ方向がＹ軸に平
行で、幅方向がＺ軸と平行になるように配置される。こ
こでＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、それぞれ水晶の電気軸、
機械軸および光軸である。水晶片10aは第１の回転とし
てＸ軸のまわりに角度θだけ回転されて、第１図（Ｂ）
に示すように水晶片10bの位置にくる。ここにおいて第
１の回転によって生じた水晶片10bの長さ方向をＹ′
軸、巾方向をＺ′軸とする。水晶片10bは第２の回転と
してＹ′軸のまわりにだけ回転されて、水晶片11bの
位置にくる。ここでＺ″軸は水晶片11bの巾方向を示
す。水晶片11bのカット方位は、本発明のカット方位を
一般的に示したもので、本発明の水晶片は二つのカット
角度θ、によって規定されている。ここでθ、の値
の正の方向は反時計方向とする。FIGS. 1 (A) and 1 (B) are perspective views for explaining the cut orientation of the crystal piece of the E-type vibrator. First, as shown in FIG. 1 (A), the crystal piece 10a has a length direction of the crystal piece 10a parallel to the Y axis and a width direction of the Z axis with respect to the rectangular coordinate axes X, Y, and Z peculiar to the crystal. It is arranged to be parallel to. Here, the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are the electric axes of the crystal,
The mechanical axis and the optical axis. The crystal piece 10a is rotated about the X axis by an angle θ as the first rotation, and FIG.
It comes to the position of the crystal piece 10b as shown in. Here, the length direction of the crystal blank 10b generated by the first rotation is Y '.
The Z'axis is the axis and the width direction. The crystal piece 10b is rotated about the Y'axis only as a second rotation to come to the position of the crystal piece 11b. Here, the Z ″ axis indicates the width direction of the crystal piece 11b. The cutting direction of the crystal piece 11b generally indicates the cutting direction of the present invention, and the crystal piece of the present invention has two cutting angles θ. Here, the positive direction of the value of θ is the counterclockwise direction.
実験によれば、Ｅ型振動子の周波数温度特性は第２図に
示されるように、ほぼ上に凸の２次曲線となり、頂点温
度TPは水晶片のカット方位によって変り、周波数２次温
度係数は、ほとんど変らないことが確かめられている。According to the experiment, the frequency-temperature characteristic of the E-type oscillator is a quadratic curve that is convex upward as shown in FIG. 2, and the apex temperature T P changes depending on the cut orientation of the crystal piece, and the frequency-quadratic temperature It has been confirmed that the coefficients are almost unchanged.
第３図は周波数温度特性の頂点温度TPが二つのカット角
θ、によってどのように変化するかを示すグラフであ
る。印は実験値を示し、実線は実験値と実験値の間を
単に結んでいる線である。曲線Ａはカット角を＝０
゜に固定した場合で、曲線Ｂはカット角を＝90゜
（又は＝−90゜）に固定した場合である。カット角
が上記二つの値以外の値をとる場合については、頂点温
度TPとθの関係は、曲線Ａと曲線Ｂの間に入る。特にカ
ット角＝90゜でθ＝７゜位のところで頂点温度TPが最
大となり、その値は約70℃に達する。FIG. 3 is a graph showing how the apex temperature T P of the frequency temperature characteristic changes depending on the two cut angles θ. The mark shows the experimental value, and the solid line is a line simply connecting between the experimental values. Curve A has a cut angle of = 0
The curve B is the case where the cut angle is fixed at = 90 ° (or = -90 °). When the cut angle takes a value other than the above two values, the relationship between the apex temperatures T P and θ falls between the curve A and the curve B. In particular, the peak temperature T P reaches its maximum at a cutting angle of 90 ° and θ = 7 °, and the value reaches about 70 ° C.
これは２個のＥ型振動子を発振回路に並列接続して、広
い温度範囲、例えば無線関係の温度補償発振器に要求さ
れているように−30℃から70℃迄の温度範囲で、周波数
温度特性をフラットにしたい場合には、一方の振動子の
頂点温度を−30℃にするため、そのカット方位は（θ＝
−4.5゜、＝90゜または−90゜）とし、他方の振動子
のカット方位は（θ＝７゜、＝90または−90゜）とす
れば良く、あるいは（θ＝17.5゜、＝90゜または−90
゜）と（θ＝７゜、＝90゜または−90゜）を選べば良
い。This is because two E-type vibrators are connected in parallel to the oscillation circuit, and the frequency temperature can be adjusted in a wide temperature range, for example, in the temperature range from -30 ℃ to 70 ℃, which is required for wireless temperature-compensated oscillators. If you want to flatten the characteristics, the apex temperature of one of the transducers is set to -30 ° C, so the cutting direction is (θ =
-4.5 °, = 90 ° or -90 °), and the other transducer's cutting direction may be (θ = 7 °, = 90 or -90 °), or (θ = 17.5 °, = 90 °) Or −90
)) And (θ = 7 °, = 90 ° or -90 °).
又１個のＥ型振動子で、常温付近で周波数温度特性を良
好にするには、例えば頂点温度TPを25℃に制定すればよ
い。これを達成するカット方位の例は、第３図の曲線Ａ
から（θ＝２゜、＝０゜）、（θ＝11゜、＝０゜）
があり、曲線Ｂからは（θ＝−0.5゜、＝90゜または
−90゜）、（θ＝14゜、＝90゜または−90゜）がある
ことがわかる。本発明のＥ型振動子の周波数温度特性を
良好にするためには上述の範囲から選べば良い。Further, in order to improve the frequency-temperature characteristic at around room temperature with one E-type vibrator, for example, the peak temperature T P may be set to 25 ° C. An example of the cut orientation that achieves this is curve A in FIG.
From (θ = 2 °, = 0 °), (θ = 11 °, = 0 °)
It can be seen from curve B that there are (θ = −0.5 °, = 90 ° or −90 °) and (θ = 14 °, = 90 ° or −90 °). In order to improve the frequency temperature characteristic of the E-type vibrator of the present invention, it may be selected from the above range.
以上の説明からθ、の有効な範囲は−５゜≦θ≦17
゜、−90゜≦≦90゜であることがわかる。尚、実験に
使用した水晶片はホトリソグラフィー技術によって作
り、寸法は長さ2.4mm、巾0.6mm、厚み0.1mmで周波数は
約1MHzである。From the above description, the effective range of θ is −5 ° ≦ θ ≦ 17
It can be seen that the angle is −90 ° ≦≦ 90 °. The crystal pieces used in the experiment were made by photolithography technology, and the dimensions were 2.4 mm in length, 0.6 mm in width, 0.1 mm in thickness, and the frequency was about 1 MHz.
第４図（Ａ）、（Ｂ）は本発明のカット方位を有する水
晶片の電極構造を示す斜視図である。第４図（Ａ）はカ
ット角が０゜に近い場合に有効な電極構造であり、水
晶片40aの振動枝41a、42a、及び43aの上下面には互いに
電気極性の異る金属薄膜電極44a、45aが真空蒸着法の手
段によって固着されている。水晶片40aの基部46aには、
２つの電極端子47a、48aがある。電極端子47a、48aに長
さたて振動モードの共振周波に等しい周波数の交流電圧
を印加すると、振動枝41a、43aには、水晶板に対して垂
直な方向に、同相の電界が発生し、振動枝42aには前記
電界とは逆相の電界が発生する。その結果逆圧電効果に
よって振動枝41a、43aは同相で振動枝の長さ方向に伸縮
振動を行い、振動枝42aは、振動枝41aと43aに対して逆
相の伸縮振動を行う。4 (A) and 4 (B) are perspective views showing the electrode structure of the crystal piece having the cut orientation of the present invention. FIG. 4 (A) shows an electrode structure effective when the cut angle is close to 0 °, and the vibrating branches 41a, 42a, and 43a of the quartz piece 40a have metal thin film electrodes 44a having different electric polarities on the upper and lower surfaces thereof. , 45a are fixed by means of a vacuum evaporation method. On the base 46a of the crystal piece 40a,
There are two electrode terminals 47a, 48a. When an AC voltage having a frequency equal to the resonance frequency of the vertical vibration mode is applied to the electrode terminals 47a and 48a, in the vibration branches 41a and 43a, an electric field of the same phase is generated in the direction perpendicular to the crystal plate, An electric field having a phase opposite to that of the electric field is generated in the vibrating branch 42a. As a result, due to the inverse piezoelectric effect, the vibrating branches 41a and 43a perform stretching vibration in the same phase in the length direction of the vibrating branch, and the vibrating branch 42a performs stretching vibration of opposite phase to the vibrating branches 41a and 43a.
従って水晶片40aの基部46aは、振動の節部を形成するた
め基部46aは容易に外部から支持することができる。振
動枝41aの先端部には、周波数調整用を金属膜49aが固着
されている。Therefore, since the base portion 46a of the crystal piece 40a forms a vibration node, the base portion 46a can be easily supported from the outside. A metal film 49a for frequency adjustment is fixed to the tip of the vibrating branch 41a.
第４図（Ｂ）はカット角が90゜に近い場合に有効な電
極構造である。振動枝41b、42b、43bの側面は、互いに
電気極性の異る金属薄膜電極44b、45bが固着されてい
る。振動枝41b、43bには、水晶板内で巾方向に、同相の
電界が発生し、振動枝42bには前記電界とは逆相の電界
が発生するようになっている。水晶片の振動は第４図
（Ａ）の場合と全く同じである。FIG. 4B shows an electrode structure effective when the cut angle is close to 90 °. Metal thin film electrodes 44b and 45b having different electric polarities are fixed to the side surfaces of the vibrating branches 41b, 42b and 43b. In the vibrating branches 41b and 43b, an electric field of the same phase is generated in the width direction in the quartz plate, and in the vibrating branch 42b, an electric field of a phase opposite to the electric field is generated. The vibration of the crystal piece is exactly the same as in the case of FIG.
第５図は水晶片の支持構造例を示す斜視図である。円筒
形封止ケース（図示せず）は外した状態で示されてい
る。水晶片50の電極端子51、52は、円筒形の気密端子53
のステム54、55に導電接着剤56で固着されている。水晶
片50の寸法は、前述したように、周波数1MHzで2.4mm×
0.6mm×0.1mmと極めて小さいため、気密端子53に円筒形
の封止ケースをかぶせた状態、即ち完成状態のＥ型振動
子の外形寸法は1.4mmφ×5mmである。これは従来の1MHz
帯振動子に比べると格段に小型化される。FIG. 5 is a perspective view showing an example of a support structure for a crystal piece. The cylindrical sealing case (not shown) is shown removed. The electrode terminals 51 and 52 of the crystal piece 50 are cylindrical airtight terminals 53.
The stems 54, 55 are fixed with a conductive adhesive 56. As mentioned above, the size of the crystal piece 50 is 2.4 mm × at a frequency of 1 MHz.
Since the size is as small as 0.6 mm × 0.1 mm, the outer dimensions of the E-type vibrator in a state where the airtight terminal 53 is covered with the cylindrical sealing case, that is, the completed state is 1.4 mmφ × 5 mm. This is the conventional 1MHz
It is much smaller than a band oscillator.
本発明によれば、周波数温度特性の頂点温度は水晶片の
カット方位を調節することによって、−30℃から70℃ま
で、広範囲に選べること、水晶片の支持が容易であるこ
と相俟って、中周波帯で周波数温度特性の良い、量産性
のある小型の水晶振動子が実現できることは、本発明の
大きな効果である。According to the present invention, the apex temperature of the frequency temperature characteristic can be selected in a wide range from −30 ° C. to 70 ° C. by adjusting the cutting direction of the crystal piece, and it is easy to support the crystal piece. It is a great effect of the present invention that a small-sized crystal oscillator having good frequency-temperature characteristics in the middle frequency band and being mass producible can be realized.
第１図（Ａ）、（Ｂ）は水晶片の本発明カット方位を説
明するための斜視図、第２図は本発明に係るＥ型振動子
の周波数温度特性のグラフ、第３図は頂点温度のカット
方位依存性の実験データーを示すグラフ、第４図
（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係るＥ型振動子水晶片の電極
構造を示す斜視図、第５図は本発明に係るＥ型振動子水
晶片の支持構造例を示す斜視図である。 10a、10b、11b、40a、40b、50……Ｅ型振動子水晶片。1 (A) and 1 (B) are perspective views for explaining the cutting orientation of the present invention of a crystal piece, FIG. 2 is a graph of frequency temperature characteristics of an E-type vibrator according to the present invention, and FIG. Graphs showing experimental data of temperature dependence of cut orientation, FIGS. 4 (A) and 4 (B) are perspective views showing the electrode structure of the E-type crystal unit of the present invention, and FIG. 5 is the present invention. It is a perspective view which shows the support structure example of an E-type crystal unit. 10a, 10b, 11b, 40a, 40b, 50 ... E-type crystal unit.
Claims (1)
て振動モードを行うＥ型の水晶振動子において、振動枝
の枝幅方向及び長さ方向が、それぞれ水晶固有のＺ軸及
びＹ軸に一致させた状態のＥ型水晶振動子をＸ軸のまわ
りに角度θだけ回転させ、新しくできたＹ′軸のまわり
にさらにφだけ回転させたとき、２つの角度θ、φが次
の不等式を満足するように構成したことを特徴とする水
晶振動子。 −５゜≦θ≦17゜ −90゜≦φ≦90゜1. An E-type crystal resonator having three vibrating branches, each vibrating branch having a lengthwise vibrating mode. When the E-type crystal unit in the state of being coincident with the Z axis and the Y axis of is rotated by the angle θ around the X axis and further rotated by φ around the newly formed Y ′ axis, two angle θ , Φ is configured to satisfy the following inequality: a crystal unit. −5 ° ≦ θ ≦ 17 ° −90 ° ≦ φ ≦ 90 °
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58199443A JPH0666631B2 (en) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | Crystal oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58199443A JPH0666631B2 (en) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | Crystal oscillator |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS6090415A JPS6090415A (en) | 1985-05-21 |
| JPH0666631B2 true JPH0666631B2 (en) | 1994-08-24 |
Family
ID=16407896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58199443A Expired - Lifetime JPH0666631B2 (en) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | Crystal oscillator |
Country Status (1)
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Families Citing this family (5)
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Family Cites Families (2)
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| JPS58111515A (en) * | 1981-12-25 | 1983-07-02 | Citizen Watch Co Ltd | Crystal oscillator |
-
1983
- 1983-10-25 JP JP58199443A patent/JPH0666631B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPS6090415A (en) | 1985-05-21 |
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