JPS5862915A - 結合振動子ウエハの周波数温度係数調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、いくつかの振動モー・ド逗結合し“た、いわ
ゆる結合振動子の周波数温度係数調整方法に関する。

本発明の目的は、周波数理に％性（以下、温度特性と呼
ぶ。）の優れた結合損−子を提供することにある。温度
特性の優れた振動子′ｔ−要求する民生機器は多くある
が、これらにはムチカット水晶振動子が使用されて来た
。しかし、最近は色々な民生機器で小型化がなされ、そ
れに伴って、ムチカット水晶振動子も小型化が要求され
て米ているが、このタイプの振動子は、スプリアス振動
（Ｓｐｕｒｉｏｕｓ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）が多く、小
型化が難しいというのが現状である。特に、腕時計用振
動子としてＡＴカット水晶振動子を使用する場合、相当
に小型化する必豐があり、音叉型屈曲水晶振動子と比較
したとき、サイズの面では全く満足できるものではない
。そこで、最近はＩＣの技術を応用したフォトリングラ
フィによる振動子の形成方法が振動子製造に応用され、
その結果、大変に小型の振動子を提供することができる
ようになった。例えば、振動子の厚みを大変に薄くでき
る温度特性の優れたＧＴカット水晶振動子や屈曲モード
振動と捩りモード振動を結合させた屈曲−捩り水晶振動
子（以下、ＦＴ水晶振動子と呼ぶ。）Ｋ応用され、非常
に小型のものが可能になった。しかし、これらＧＴカッ
）、ＩＦＴ水晶振動子は、良好な温度特性を得るために
二つの振動モード、即ち、主振動と副振動の結合を利用
している。それ故、温度特性は主振動、副振動の共振周
波数の差と各々の振動の強さによって決定される。特に
、主振動と副振動の強さの比が異なると、良好となる温
度特性を与える共振周波数の差も異なり、共振周波数の
差を各振動子ごとに合わせ込む必要があり、調整時間が
長く、コストアップの要因となり、この方式は量産用と
しては不向きで、このタイプの振動子が多用されない原
因の一つであった。

そこで、本発明は、これらの欠点を除去するものであり
、結合振動子の原点に帰って、新しい温度係数調整方法
を提案するものである。

以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の結合振動子の形状と電極の一実施例
で、振動部２とその両側に配置され友二つの支持部３と
が一体に形成されたＧＴカット水晶振動子の例である。

第１図（ム）は平面図を、第１図（Ｂ）は側面図を示す
。水晶１の振動部２の上面４と下面５１Ｃは、励振電極
６．７が各々全面に一様に配置され、励振電極６は一方
の支持部ＳＩ／ｃ延びて配置され、励振電極７は他方の
支持部３＆Ｃ延びて配置されている。即ち、支持部には
片面にのみ電極が配置され、電界が印加されない構造と
なっている。従って、これは振動部のエネルギーをでき
るだけ撮動部内部に閉じ込め、支持部に伝達しないよう
になっている。換言すれば、振動部２から支持部３へ延
びた電極は、電界を印加するために必要な端子電極にす
ぎない。支持部５１１：１１ にまで延びた両電極に交番電圧を印加することによって
容易に振動子を励振することができる。

又、幅Ｗと兼さＬによって二つのモードの共振周波数は
決定され、幅Ｗによる主振動の共振周波数をｆＶ、長さ
Ｌによる副振動の共振周波数をｆＬ　とすると、温度特
性は両共振周波数の差Δｆ＝ｆＶ−ｆ−によってほぼ決
まる。即ち辺比Ｒ＝Ｗ／Ｌによって温度特性は決定され
る。

第２図はｂ　（）　Ｔカット水晶振動子を支持台１０に
マウントしたときの一実施例で、正面図°（Ａ）と下面
図（Ｂ）を示す。支持台１Ｇには水晶振動子１１が配置
され、振動子の趨部で接着剤８，９゜あるいは、半田付
けによって固着されている。水晶の表裏面には、励振電
極１２．１３が配置されている。

第３図は、フォトリングラフィによって形成されたＧＴ
カット水晶振動子の温度特性の例で、結合の強さによっ
て温度特性は異なり、主振動と一１振動の結合が強いと
きは直線ａのように、又、弱いときは直線すのようにな
る。−広温度係数αは２．５Ｘ１０−・７℃から１．　
ＯＸ　１０−＠／１．とバラツキ、曳好な温度特性とな
らない。一般に作られる振胸子はこのような温度特性を
有する。

第４図は、本発明の振ｗＪｓと支持部が一体に成形され
７ｊＧＴカツト水晶振動子の辺比Ｒ−ｗ／Ｌと一次温度
係数αとの関係を示す。辺比丘が大きくなるに従って、
−広温度係数αは大きくなり、辺比Ｒが［ＬＯ１変化し
九とき、−広温度係数αは約１．５　ｐｐｍ／を変化す
る。

第５図は、本発明のＧＴカット水晶振動子のエツチング
時間と辺比Ｒとの関係を示し、エツチング時間を多くす
るに従って、辺比Ｒは徐々に小さくなっている。実験に
よると、エツチングｔ−６０分すると辺比Ｒは約（ＬＯ
Ｉ小さくなる。

第６図は、本発明のＧＴカット水晶振動子のエツチング
時間と一次温度係数αの変化Δαとの関係を示す。エツ
チング時間約２０分で一次温度係数の変化Δαは約−α
５ｐｐＴＩ／′ｃ　　と小さく、更に、エツチング時間
を増やしていくとΔαは頁に小さくなり、約６υ分後テ
１４　Δａ　Ｂ　−１，５ｐｐｍ／ｌ　Ｉ−かなり変化
する。更に、エツチング時間を増やす事によってΔαを
更に小さくすることができる。

次に、周波数温度係数調整方法を具体的に説明する。

第１図（Ａ）、（Ｂ）のＧテカット水晶振動子はフォト
リングラフィによって形成された後、次のような特性を
持つように設計する。

（１）　　−次温度係数αは正の値を持つ。具体的には
、＋ｊＬ　５　ｐｐｍ／’Ｃからｔ　Ｏｐｐｍ／ｌの範
囲に入るようにする。

（２）主振動の共振周波数は合わせ込む規準周波数ｆ・
より高い値を持つ。通常５００ｐｐｍ〜１１０００ｐｐ
高くなっている。

このような振動子は形状、エツチング時間を選択するこ
とによって容品に得られる。次に、この振動子をエツチ
ングによって形成後、ある任意の温度に置き、この温度
をサーミス！−等の温度計によって読み取り、仁の温度
をｔｌとする。このときの主振動の共振周波数ｆ１を欄
定する。更に、他の任意の温度に前記振動子を置き、こ
の時の温度ｔａ′ｆ：前記と同様に読み取る。温度ｔｔ
、ｔ１、と共振周波数ｆｔ、ｆ、によって、次式から一
次温度係数αを求める。

ａ　＝　−（Ｈｒｓ　／’Ｃ）　　・・・・旧・−、（
１）１、−１電 又、合わせ込む規準周波数ｆ・を使って書き改めると、
次のようになる。

この（１）　、　（２）式からαを求める、即ち、エツ
チング後の温度係数を実測して求める。

第７図は、本発明のＧＴカット水晶振動子のエツチング
後のαが１　ｐｐｍ／Ｃ直線ａと２．５ＰＰ■勺Ｉηｍ
ｂの場合のαを零にするエツチング時間との関係を示す
。αが１　ｐｐｍ７℃のとき、αを零にするには、約４
５分エツチングすれば良い。更に、αが２．５　ｐｐｍ
／ｌのときは約１１５分エツチングすれば、αを零にす
る事ができる。このように、本発明では一次温度係数α
を温度ｔｌ、ｔｌと共振周波数ｆ１．ｆ、から求め、又
、エツチング時間とαは直線の関係にあるから、各々の
αに対するエツチング時間を管理することによって、−
次温度係数αをはとんど零にすることができる。尚、本
発明のＧＴカット水晶振動子の二次、三次の温度係数は
、−次温度係数αに比して相当小さいので、無視するこ
とができる。

第８図は、本発明の方法によって温度係数を調整した温
度特性の一実施例である。直線ＣＦｉエツチング後の温
度特性で、αは約Ｌ　５　ｐｐｍ７℃と大きく、温度特
性は良くない。これに比して直＠ｄは、エツチングによ
って更に７０分間エツチングした後の温度特性で、−次
温度係数αは約α１ｐ　ｐ　ｍ／ｌと相当小さく、優れ
た温［特性を得ることができた。第８図で得られたｄは
、温度特性は優れているが、１振の共振周波数は規準周
波数ｆ、よりもＳ、　０００〜５．　ＯＯＯｐ　ｐ　ｍ
高くズしている。次に、規準周波数ｆＯに合わせ込む方
法を説明する。

第９図は、本発明のＧＴカット水晶振動子に錘り１４，
１５，１６．１７を蒸着によって配置した例である。錘
りを配置す′る事によって、土掘の共振周波数を低くす
ることができるので、規準周波数ｆ、に合わせ込む事が
できる。

＠１０図は、錘り１４　、１５　、、唖、６，１７１−
付着したときの一次温度係数αとの関係を示等。錘りに
よってαは全く変化しない事が分かる。即ち、温度特性
を変化させずに、１振の共振周波数を規準周波数ｆ、に
合わせ込む事ができる。

以上、述べたように１本発明は振動子の外形形状をエツ
チングによって成形後、任意の温度ｔｉ。

ｔｌに於ける各々の共振周波数ｆｔ、ｆｌを実測し、計
算により一次温度係数αを求め、各々のαに応じてエツ
チング時間を決め、エツチングする事によって一次温度
係数αの小さい、即ち、温度特性の優れたＧＴカット水
晶振振動を提供することができた。又、本発明で扛、温
度係数に無関係７な位１１に錘りを蒸着によって付着す
ることによって、温度係数を変化させずに１振の共振周
波数を規準周波数で・に合わせ込む事ができ、規準周波
数ｆ、に合った優れた温度特性を持ったＧＴカット水晶
振動子を提供する事ができた。尚、本発明の振動子は、
計算でαを求めた後、エツチングによって一次温度係数
αを調整し、小ぜくするので、温Ｗ％性の歩留が向上し
、更に、エツチングの管理によってαを調整するから一
度に大量の処理ができ、その結果、コストダウンが可能
になった。

本発明の考え方は、他の結合水晶振動子、例えば、ＺＴ
カット水晶振動子、ＦＴ水晶振動子にも適用できること
は言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）ｆ　（Ｂ）は、それぞれ本発明の結合振動
子の形状と電極の一実施例を示す平面図、正面図で、振
動部２とその両側に配置された二つの支持ＷＡ５とが一
体に形成され一次ＧＴカット水晶振動子の例である。 第２図ｄ、ＧＴカット水晶振動子を支持台１０にマウン
トしたときの一実施例で、正面図（Ａ）と下面図（Ｂ）
　？：示す。 第５１は、フォトリングラフィによって形成された０丁
カット水晶振動子の温度特性の例をボすグラフである。 第４図は、本発明のＧＴカット水晶振動子の辺比Ｒと一
次温度係数αとの関係を示す″グラフ、第５図ｉ１本発
明のＧＴカット水晶振動子のエツチング時間と辺比Ｒと
の関係を示すグラフ、第６図は、本発明のＧＴカット水
晶振動子のエツチング時間と一次温度係数αの変化Δα
との関係を示すグラフ、第７図は、本発明の０丁カット
水晶振動子のエツチング後のαとαを零にするエツチン
グ時間との関係を示すグラフ、第８図は、本発明によっ
て得られた温度特性の一実施例を示すグラフである。 第９図は、本発明のＧＴカット水晶振動子に錘り１４，
１５，１６．１７を蒸着によって配置した例を示す平面
図である。 第１０図は、錘り１４，１５，１６．１７と一次温度係
ｌ６ｔａとの関係を示すグラフである。 １・・・水晶　　　２・・・振動部　　　５・・・支持
部−１゜ ４・・・上面　　　５・−・下面　　　６，７・・・励
振電極以上 出願人　株式会社第二精工舎 代理人　弁理士　最上　　務 第Ｊ［￥１（Ａ）　　　　　　　　　　第２図（八）第
３図 第５０ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の振動モード力、（結合した結合振動子の周波数温
   度係数調整方法において、振動子の外形形状をエツチン
   グによって成形後、前記振動子をある任意の温度ｔ１に
   ｔｎ、その任意の温度ｔ１とそのときの共振周波数で１
   を測定する工程、次に、ある他の任意の温度ｔ３に前記
   振動子を置き、その任意の温度を意とそのときの共振周
   波数ｆａｔ淘定する工程、更に、温度ｔｌ、ｔｌ、共振
   周波数ｆｔ、ｆ、から−次温度係数αを求める工程、次
   に、前記−次温度係数αの大きさによって、工゛　ツチ
   ング時間を決め、エツチングによって一次温度係数αを
   ほとんど零にする工程とからなる事を％徴とする結合振
   動子の周波数温度係数調整方法。