JPH09191226A - 水晶振動子 - Google Patents

水晶振動子

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JPH09191226A
JPH09191226A JP29390196A JP29390196A JPH09191226A JP H09191226 A JPH09191226 A JP H09191226A JP 29390196 A JP29390196 A JP 29390196A JP 29390196 A JP29390196 A JP 29390196A JP H09191226 A JPH09191226 A JP H09191226A
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JP
Japan
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crystal
substrate
capacitor
crystal element
temperature
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JP29390196A
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English (en)
Inventor
Eiichi Fukiharu
栄一 吹春
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度による共振周波数の変化が小さくかつ小
形の水晶振動子の提供。 【解決手段】 セラミック基板の上に水晶素子と、温度
補償用コンデンサを設ける。基板の裏面には、水晶振動
子を他の基板に実装するための接続用端子を設ける。ま
た、基板の周囲にはシームリングが素子を気密封止する
よう設けられている。上記構成により、リード線を用い
ることなく小形で温度による共振周波数の変化が小さい
水晶振動子を実装できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子に関
し、特に温度補償用のリアクタンス素子を有する水晶振
動子に関する。
【0001】
【従来の技術】従来、水晶振動子は水晶素子とコンデン
サあるいはコイルなどのリアクタンス素子とから構成さ
れ、所望の共振周波数を出力する。しかしながら、この
種の水晶振動子では、水晶素子とリアクタンス素子とを
別々に基板に実装するため、高密度実装の障害となって
いる。上記課題を解決する手段として、例えば特開昭6
2−241417号公報に記載されている水晶振動子が
知られている。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の水晶振動子では、リード線が使用されているため、
表面実装が困難であるという問題がある。また、水晶振
動子の共振周波数の温度特性を気密封止後調整すること
ができないという課題がある。
【0003】本発明の目的は、上記課題を解決するとと
もに水晶振動子の共振周波数温度特性の温度変化の幅を
小さくできる水晶振動子を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明による水晶振動子は、水晶素子と、リア
クタンス素子を備えている。このリアクタンス素子は、
水晶振動子の共振周波数温度特性の温度変化の幅が小さ
くなるような一次温度係数を有している。
【0005】好ましくは、リアクタンス素子は温度補償
用コンデンサで形成される。
【0006】また、本願発明の水晶振動子は基板と、こ
の基板の上に設けられたリードなし水晶素子と、基板上
に設けられ、水晶素子の温度補償用チップコンデンサ
と、基板を気密封止する封止部材とから構成されてい
る。
【0007】本発明では、コンデンサの他に、これと並
列に各々設けた抵抗およびサーミスタを使用できる。こ
れら、コンデンサ、抵抗、サーミスタは、水晶素子とは
異って、気密封止しなくてもよい。この場合には、水晶
素子の気密封止後任意に特性を調整することが可能とな
る。
【0008】上述した構成によれば、水晶素子と接続さ
れるリアクタンス素子を適宜変更することで、水晶振動
子の共振周波数温度特性の温度変化の幅を小さくするこ
とができる。また、本発明による水晶振動子は、リード
線を使用していないため、実装基板への実装効率を向上
することができる。さらに、水晶振動子が気密封止され
ない基板を有し、この基板にサーミスタとコンデンサと
を実装するため、外部温度が変化してもサーミスタの抵
抗値が変化し回路のリアクタンス値が変化するので水晶
振動子の共振周波数温度特性を外部温度の変化に追従さ
せることができる。したがって、水晶振動子の温度変化
の幅を小さくすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】次に図面を参照して本願発明を詳
細に説明する。
【0010】図1および図2は、本発明の一実施形態を
示す温度補償機能付き水晶振動子の気密封止前の上面図
および図1の水晶振動子のA−A′断面図である。
【0011】図1および2において、水晶素子1は、上
部および下部電極101および102を有している。セ
ラミック基板304上に、電極101および102を導
電性接着剤7により接着することにより水晶素子1は固
定される。一方、温度補償用コンデンサ2は基板304
にハンダまたは接着剤で固定されている。これら水晶素
子1およびコンデンサ2は回路パターン6により接続さ
れている。基板304には、また、スルーホール303
と入出力端子301が形成されている。回路パターン6
は、このスルーホール303を介して入出力端子301
に接続されている。また、端子301は、水晶振動子を
他の基板に搭載する際の接続端子として使用される。F
e50%、Ni29%、Co16%の合金であるコバー
ルからなるシームリング302は、基板304の周囲に
シーム溶接によって設けられている。このシームリング
の上には、カバー(図示せず)が設けられ気密封止され
る。
【0012】図3は、図1および図2の水晶振動子の等
価回路である。
【0013】図3において、水晶振動子は、図1および
図2の対向する入出力端子301に水晶素子1とコンデ
ンサ2とが挿入された構成を有し、水晶素子1の等価定
数とコンデンサ2の静電容量値によって決定する共振周
波数を出力する。
【0014】次に、図1および図2の水晶振動子を用い
た発振回路を図4の回路図を用いて説明する。
【0015】図4の発振回路は、コルピッツ発振回路で
あり、水晶素子1とコンデンサ2とを有する水晶振動子
3の一端が、一端が接地された可変コンデンサCvの他
端に接続される。水晶振動子3の他端は、抵抗R3およ
びR2の一端に接続され、抵抗R3の他端は接地されて
いる。抵抗R2の他端は、コンデンサC3の一端に接続
され、コンデンサC3の他端は接地されている。抵抗R
1の一端は抵抗R2の他端およびコンデンサC3の一端
に接続され、他端は3Vの電源端子に接続されている。
電源端子には、コンデンサC2の一端および抵抗R4の
一端が接続され、コンデンサC2の他端は接地、抵抗R
4の他端はトランジスタTr1のコレクタに接続されて
いる。コンデンサC6の一端はトランジスタTr1のコ
レクタに接続され、他端から発振回路の発振周波数が出
力される。トランジスタTr1のベースは、抵抗R2お
よびR3によってバイアスされ、エミッタは、トランジ
スタTr2のコレクタに接続される。トランジスタTr
2のベースは、抵抗R3によりバイアスされるととも
に、コンデンサC4およびC5を介して接地されてい
る。また、トランジスタTr2のエミッタは、コンデン
サC4およびC5に接続されるとともに、抵抗R5を介
して接地されている。
【0016】このような回路において、電源端子から3
Vの直流電流が印加されると、トランジスタTr1およ
びTr2がオンになり、端子OUTから発振回路の発振
周波数が出力される。
【0017】次に、図4の発振回路の発振周波数の温度
変化について図5および図6を用いて説明する。
【0018】図5は、コンデンサ2にCHタイプのコン
デンサを用いたときの外部温度の変化にともなう発振周
波数の変化を示す図であり、図6は、コンデンサにUJ
タイプのコンデンサを用いたときの外部温度の変化にと
もなう発振周波数の変化を示す図である。
【0019】CHタイプのコンデンサとは、その一次温
度係数が0±60ppm/℃であるコンデンサのことで
あり、UJタイプのコンデンサとは、その一次温度係数
が−750±120ppm/℃であるコンデンサのこと
である。なお、図5は一次温度係数が0ppm/℃のC
Hタイプのコンデンサを用いたときのシミュレーション
結果を示し、図6は一次温度係数が750ppm/℃の
UJタイプのコンデンサを用いたときのシミュレーショ
ン結果を示す。
【0020】本発明では、水晶素子にリアクタンス素
子、例えばコンデンサを接続することにより、水晶振動
子の共振周波数温度特性がリアクタンス素子の一次温度
係数によって変化することに着目し、水晶素子に接続さ
れるリアクタンス素子を適宜選択することで、水晶素子
とリアクタンス素子からなる水晶振動子の共振周波数の
温度変化を小さくすることができることを見い出した。
【0021】また、本発明では、水晶発振回路の発振周
波数の一次温度係数が水晶素子のインピーダンスと負荷
のインピーダンスとに依存することをも見い出した。
【0022】ここで、図5および図6とにおいて、図4
の水晶振動子3にコンデンサ2を接続しなかった場合の
周波数変化を●印で示し、CHタイプのコンデンサある
いはUJタイプのコンデンサを用いた場合の周波数変化
を実線で示す。両者では、外部温度が−10〜+60℃
の場合に、CHタイプのコンデンサを用いた場合の方
が、周波数変化が小さくなることが分かる。また、図6
においてもUJタイプのコンデンサを用いた場合の方
が、周波数変化が小さくなることが分かる。
【0023】なお、図5および図6において、水晶素子
1の直列共振周波数温度特性の周波数変化の範囲は−
4.0〜+2.8ppmであり、CHタイプのコンデン
サを用いた場合の変化の範囲は−2.0〜+1.3pp
mである。またUJタイプのコンデンサを用いた場合の
周波数変化の範囲は−1.6〜+1.0ppmである。
これより、コンデンサ2を水晶素子1に接続することに
より、発振回路の周波数変化の範囲を小さくすることが
できることが分かる。そして、特にUJタイプのコンデ
ンサを用いた場合には、最も周波数変化の範囲を小さく
することができることが分かる。
【0024】図7は、本発明の水晶振動子の第2の実施
の形態を示す上面図である。
【0025】図7に示す実施の形態では、コンデンサ2
が水晶素子1と並列に接続されている。その他の構成
は、図1と同じであるので、説明を省略する。
【0026】図8および図9は、本発明の水晶振動子の
第3の実施の形態を示す上面図およびそのB−B′断面
図である。
【0027】図8および図9において、水晶振動子3
は、後で気密封止されるセラミック基板304(図面矢
印C側であり、C基板と称す)と、気密封止されないセ
ラミック基板(図面矢印D側であり、D基板と称す)と
から一体的に構成されている。
【0028】C基板の裏面には入出力端子301が設け
られており、この入出力端子301に対向してD基板の
裏面にも入出力端子301が設けられている。
【0029】CおよびD基板上には、電極パターン60
1を介して水晶素子1および抵抗18が電気的に接続さ
れている。また、D基板には、抵抗18に並列にコンデ
ンサ2およびサーミスタ8がパターン602および60
3を介して接続されている。
【0030】基板CおよびDには、また、スルーホール
303がそれぞれ設けられており、このスルーホール3
03を介して端子301と接続されている。この端子3
01は水晶振動子3が図示しない実装基板に実装される
ときに接続用端子として使用される。C基板は、コバー
ルからなるシームリング302によって囲まれており、
気密封止を行うときにはコバールのカバーをシーム溶接
によって取り付ける。このとき、パターン601とシー
ムリング302との接触を避けるため、別のセラミック
基板304Aが基板304上に、多層基板を構成するよ
う形成されている。
【0031】図10において、水晶振動子3は、図8お
よび図9の対向する入出力端子301に水晶素子1と水
晶素子1に対して直列に接続されるコンデンサ2と抵抗
7とサーミスタ8とを挿入した構成を有する。そして、
水晶素子1の等価回路定数とコンデンサ2と、抵抗1
8、サーミスタ8からなるリアクタンス成分によって決
定される共振周波数を出力する。
【0032】このような構成において、サーミスタ8は
外部の温度が変化すると抵抗値が変化する。そしてサー
ミスタ8の抵抗値の変化はコンデンサ2と、抵抗18、
サーミスタ8からなる回路のリアクタンス成分の変化と
等価のため、コンデンサ2と、抵抗18、サーミスタ8
からなるリアクタンス成分の温度特性が変化する。した
がって、水晶振動子の共振周波数温度特性が変化し、外
部温度の変化に追従することができるようになる。
【0033】なお、上述した実施例では、リアクタンス
素子にコンデンサを用いたが、コイルを用いても良い。
また、サーミスタの代りにポジスタを用いることもでき
る。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による水晶
振動子では、水晶素子と接続されるリアクタンス素子を
適宜変更することで、水晶振動子の温度変化の幅を小さ
くすることができる。
【0035】また、本発明による水晶振動子は、リード
線を使用していないため、実装基板への実装効率を向上
することができる。
【0036】さらに、水晶振動子が気密封止されない基
板を有し、この基板にサーミスタとコンデンサとを実装
するため、外部温度が変化してもサーミスタの抵抗値が
変化し回路のリアクタンス値が変化するので水晶振動子
の共振周波数温度特性を外部温度の変化に追従させるこ
とができる。したがって、水晶振動子の温度変化の幅を
小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す水晶振動子の上面
図。
【図2】図1の水晶振動子のA−A′断面図。
【図3】図1および図2の水晶振動子の等価回路。
【図4】図3の水晶振動子が適用される発振回路の一例
を示す回路図。
【図5】図4の水晶振動子のコンデンサにCHタイプの
コンデンサを用いたときの図4の発振回路の温度偏差を
示す図。
【図6】図4の水晶振動子のコンデンサにUJタイプの
コンデンサを用いたときの図4の発振回路の温度偏差を
示す図。
【図7】本発明の第2の実施の形態を示す水晶振動子の
上面図。
【図8】本発明の第3の実施の形態を示す水晶振動子の
上面図。
【図9】図8の水晶振動子のB−B′断面図。
【図10】図8および図9の水晶振動子の等価回路。
【符号の説明】
1 水晶素子 101 水晶素子の電極 2 コンデンサ 3 水晶振動子 301 水晶振動子の入出力端子 302 シームリング 303 スルーホール 6 電極パターン 7 半田 C1〜C6 コンデンサ R1〜R5 抵抗 Cv 可変容量コンデンサ 8 サーミスタ 9 キャップ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水晶素子と、リアクタンス素子からなる
    水晶振動子において、 前記水晶振動子の共振周波数温度特性の温度変化の幅が
    小さくなるような温度係数を有するリアクタンス素子を
    前記水晶素子に電気的に接続することを特徴とする水晶
    振動子。
  2. 【請求項2】 前記水晶素子と前記リアクタンス素子が
    直列あるいは並列に接続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。
  3. 【請求項3】 前記リアクタンス素子がコンデンサある
    いはコイルであることを特徴とする請求項1記載の水晶
    振動子。
  4. 【請求項4】 対向する第1および第2の入出力端子を
    備える水晶素子と、 コンデンサあるいはコイルと、 対向する第3および第4の入出力端子と、前記第3およ
    び第4の入出力端子を電気的に接続する電極パターン
    と、前記電極パターンの両端部に設けられたスルーホー
    ルと、 シームリングとを備え、 前記水晶素子と、前記コンデンサあるいはコイルとを前
    記電極パターンに実装した後に前記シームリングにカバ
    ーを取り付けて気密封止することを特徴とする水晶振動
    子。
  5. 【請求項5】 水晶素子と、リアクタンス素子と、抵抗
    と、サーミスタとを備える水晶振動子であって、 前記水晶振動子の共振周波数温度特性の温度変化の幅が
    小さくなるような温度係数を有するリアクタンス素子
    と、抵抗と、サーミスタからなる回路を前記水晶素子に
    電気的に接続し、前記水晶素子を気密封止することを特
    徴とする水晶振動子。
  6. 【請求項6】 対向する第1および第2の入出力端子を
    備える水晶素子と、 コンデンサあるいはコイルと、 サーミスタと、 対向する第3および第4の入出力端子と、前記第3およ
    び第4の入出力端子を電気的に接続する第1の電極パタ
    ーンと、前記電極パターンの両端部に設けられたスルー
    ホールと、 シームリングと、 前記第1の電極パターンに並列に形成された第2の電極
    パターンとを備え、 前記水晶素子と前記コンデンサあるいはコイルと前記サ
    ーミスタと前記第1あるいは第2の電極パターンに実装
    した後に、前記水晶素子が気密封止されるように前記シ
    ームリングにカバーを取り付けることを特徴とする水晶
    振動子。
  7. 【請求項7】 基板と、 この基板の上に設けられたリードのない水晶素子と、 前記基板上に設けられ、前記水晶素子の温度補償用チッ
    プコンデンサと、 前記基板を気密封止する封止部材とから構成された水晶
    振動子。
  8. 【請求項8】 基板と、 この基板の第1の部分に設けられたリードなし水晶素子
    と、 前記基板の第2の部分に設けられた、前記水晶素子の温
    度補償用チップコンデンサと、 前記基板の第2の部分に設けられた抵抗とサーミスタ
    と、 前記基板の第1の部分を気密封止する封止部材とから構
    成された水晶振動子。
JP29390196A 1995-11-07 1996-11-06 水晶振動子 Pending JPH09191226A (ja)

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