JPS593884B2 - crystal oscillator unit - Google Patents

crystal oscillator unit

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JPS593884B2
JPS593884B2 JP9307574A JP9307574A JPS593884B2 JP S593884 B2 JPS593884 B2 JP S593884B2 JP 9307574 A JP9307574 A JP 9307574A JP 9307574 A JP9307574 A JP 9307574A JP S593884 B2 JPS593884 B2 JP S593884B2
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JP
Japan
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crystal resonator
vibrator
temperature
electrode
tuning fork
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JP9307574A
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Japanese (ja)
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JPS5120658A (en
Inventor
真 芝田
紀久雄 小口
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Suwa Seikosha KK
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Suwa Seikosha KK
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Publication date
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Publication of JPS5120658A publication Critical patent/JPS5120658A/en
Publication of JPS593884B2 publication Critical patent/JPS593884B2/en
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水晶振動子の固有振動数が温度によって変化す
ることを打ち消すだめの具体的な構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a specific structure for canceling changes in the natural frequency of a crystal resonator due to temperature.

本発明の目的は、温度補償用のコンデンサと振動子固定
用の台とを兼用することにより、単純な構造で振動数の
温度変化を補正することである。
An object of the present invention is to correct temperature changes in vibration frequency with a simple structure by using both a capacitor for temperature compensation and a stand for fixing the vibrator.

まず、従来の実施例で説明する。First, a conventional example will be explained.

薄い水晶板よりフォトエツチング技術を用いて形成され
る音叉型の水晶振動子は大量生産に適していることや小
型であることにより腕時計用として非常にすぐれている
A tuning fork-shaped crystal resonator formed from a thin crystal plate using photoetching technology is very suitable for use in wristwatches because it is suitable for mass production and is compact.

このような振動子の結晶軸に対する切り出し角度や電極
配置には各種の方法があるが、温度特性や動インピーダ
ンスの観点から、以下に示すものが特にすぐれている。
Although there are various methods for cutting out the vibrator at an angle with respect to the crystal axis and arranging the electrodes, the methods shown below are particularly excellent from the viewpoint of temperature characteristics and dynamic impedance.

第1図および第2図はこの振動子の表側および裏側より
の概念図である。
FIGS. 1 and 2 are conceptual views of this vibrator from the front and back sides.

振動子1は第3図に示された水晶板からフォトエツチン
グ技術を用いて抜きとられる。
The vibrator 1 is extracted from the crystal plate shown in FIG. 3 using a photoetching technique.

図の角γは0°〜10°の範囲にとられる。The angle γ in the figure is taken in the range 0° to 10°.

第1図の2,3、第2図の4,5ばそれぞれ振動子に電
界を加えるだめの電極である。
Reference numbers 2 and 3 in FIG. 1 and 4 and 5 in FIG. 2 are electrodes for applying an electric field to the vibrator.

振動子1は裏面電極4,5の一部6,7によって絶縁性
物質からなる固定台10の上面に蒸着、焼結等によって
振動子の電極6,7に合わせてつけられた金属膜8,9
に接着され、電極2および電極3は、ワイヤー11.1
2をボンディングすることにより電極端子13,14に
それぞれ接続される。
The vibrator 1 includes a metal film 8, which is attached to the upper surface of a fixing base 10 made of an insulating material by vapor deposition, sintering, etc., in accordance with the electrodes 6, 7 of the vibrator, using parts 6, 7 of the back electrodes 4, 5. 9
electrode 2 and electrode 3 are bonded to the wire 11.1
2 are connected to electrode terminals 13 and 14, respectively.

第4図は、この振動子の電極の配置を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of electrodes of this vibrator.

電界は図の矢印で示されるようにX軸に平行(tてかか
るため、動インピーダンスは非常に小さく、周波数一温
度特性の零温度係数の得られる温度(To)は角度γを
変えることによって動インピーダンスを変化させずに2
0℃−40℃の範囲に自由に変化させることができる。
The electric field is parallel to the X-axis (t) as shown by the arrow in the figure, so the dynamic impedance is very small, and the temperature (To) at which zero temperature coefficient of the frequency-temperature characteristic is obtained can be changed by changing the angle 2 without changing impedance
It can be freely changed within the range of 0°C to 40°C.

第5図は以上に述べた振動子の振動数と温度との関係を
示すものであるが、これより明らかなように、もしこの
振動子を時計に用いるなら気温が高く、あるいは低くな
った際に「おくれ」を生ずる欠点を有している。
Figure 5 shows the relationship between the frequency of the oscillator mentioned above and the temperature, and it is clear from this that if this oscillator is used in a watch, it will not work when the temperature is high or low. It has the disadvantage of causing a ``lag'' in the process.

以下、この温度変化に伴なう欠点を解消する方法につい
て記そう。
Below, we will describe a method to eliminate the drawbacks associated with this temperature change.

第6図は広く知られている水晶振動子の発振回路を示す
ものであり、15は振動子、16はインバータ回路、1
γ、18はコンデンサ、19,20は抵抗器である。
Figure 6 shows a widely known oscillation circuit for a crystal resonator, in which 15 is a resonator, 16 is an inverter circuit, and 1 is an inverter circuit.
γ and 18 are capacitors, and 19 and 20 are resistors.

第7図は第6図におけるコンデンサ17あるいは18の
容量(横軸)と振動数(縦軸−任意スケール)の関係を
示している。
FIG. 7 shows the relationship between the capacitance (horizontal axis) of the capacitor 17 or 18 in FIG. 6 and the frequency (vertical axis - arbitrary scale).

第8図はコンデンサ17.18としてチタン酸バリウム
のような誘電率が温度によって変化する誘電体を用いる
ことによって振動数の温度変化が打ち消されるしくみを
示すものであり、第1象限には第5図に示した温度−振
動数の関係、第2象限には第7図に示した容量−振動数
の関係が描いである。
Figure 8 shows how temperature changes in vibration frequency are canceled out by using a dielectric material such as barium titanate whose permittivity changes with temperature as the capacitor 17.18. The temperature-frequency relationship shown in the figure is drawn, and the capacitance-frequency relationship shown in FIG. 7 is drawn in the second quadrant.

なお第1と第2象限の縦軸は向きが逆である。Note that the vertical axes of the first and second quadrants have opposite directions.

第4象限は補正用コンデンサ17あるいは18の容量一
温度の開法を示している。
The fourth quadrant shows the relationship between the capacitance and temperature of the correction capacitor 17 or 18.

第4象限の容量一温度特性を適当にとるならば、第9図
の実線で示した補正前の振動数一温度特性は破線に示す
ように緩和される。
If the capacitance-temperature characteristic in the fourth quadrant is taken appropriately, the frequency-temperature characteristic before correction shown by the solid line in FIG. 9 is relaxed as shown by the broken line.

第10図は第6図に示した回路の具体的な従来の実施例
であり、23は振動子ケース、21゜22は温度補償用
コンデンサー、24はICである。
FIG. 10 shows a specific conventional example of the circuit shown in FIG. 6, in which 23 is a resonator case, 21° and 22 are temperature compensation capacitors, and 24 is an IC.

25.26.27は電源と出力端子である。この従来例
より明らかなように2個のコンデンサ21.22は他の
部品と比較してかなり大きな体積を占めるものであり、
結線等も複雑になる等の欠点を有している。
25, 26, and 27 are power supply and output terminals. As is clear from this conventional example, the two capacitors 21 and 22 occupy a considerably large volume compared to other parts.
It has disadvantages such as complicated wiring etc.

本発明は以下に示すように、これら2個のコンデンサの
少くとも1コを振動子ケースの中に収納して水晶振動子
ユニットとして全体の単純化、小型化をはかるものであ
る。
As described below, the present invention aims at simplifying and downsizing the entire crystal resonator unit by housing at least one of these two capacitors in a resonator case.

第11図は本発明の実施例であり、本図にお、いて28
.29はブロック状のコンデンサで、上面と下面には電
極が形成されており、下面は基板30に接着され、上面
へは振動子15が接着される。
FIG. 11 shows an embodiment of the present invention.
.. Reference numeral 29 denotes a block-shaped capacitor, which has electrodes formed on its upper and lower surfaces, the lower surface being adhered to a substrate 30, and the vibrator 15 being adhered to the upper surface.

これら相互間の電気的接続は第12図のようになり、第
6図に示した回路が得られる。
The electrical connection between them is as shown in FIG. 12, and the circuit shown in FIG. 6 is obtained.

コンデンサの電極形状は、この他に第13図のように2
電極を共に上面につくり、コンデンサ31.32自体は
基板30と絶縁してとりつけてもよい。
In addition to this, there are two types of capacitor electrode shapes as shown in Figure 13.
Both electrodes may be formed on the top surface, and the capacitors 31 and 32 themselves may be mounted insulated from the substrate 30.

さらに、2つのブロックのうちの一方のみにコンデンサ
ーとしての性質を持たせ、他はガラスやセラミック等の
絶縁体を用いることも可能である。
Furthermore, it is also possible to give only one of the two blocks the property of a capacitor, and use an insulator such as glass or ceramic for the other block.

なお、温度補償を行う具体的な回路は何ら第6図のもの
に限定されるものではなく、たとえば第14図のように
振動子34に直列にコンデンサを入れることも可能であ
る。
Note that the specific circuit for temperature compensation is not limited to that shown in FIG. 6; for example, a capacitor may be inserted in series with the vibrator 34 as shown in FIG. 14.

ここでコンデンサ33゜38.39のうち少くもコンデ
ンサ39は温度によってその容量が変るようになってい
る。
Here, the capacitance of at least the capacitor 39 among the capacitors 33, 38, and 39 changes depending on the temperature.

37はインバータ、35.36は抵抗器である。37 is an inverter, and 35 and 36 are resistors.

それらの結線は第15図のようになっている。Their connections are as shown in Figure 15.

図ではコンデンサ33と39が台として用いられている
In the figure, capacitors 33 and 39 are used as stands.

この場合もコンデンサ39の温度による容量変化により
先に述べたのと同じように温度補償が行われている。
In this case as well, temperature compensation is performed in the same manner as described above by changing the capacitance of the capacitor 39 due to temperature.

以上本発明を説明するのに第1図などに示される特定の
音叉型水晶振動子を用いて説明してきたが、これは単な
る説明の便宜上の理由によるものであり、本発明は何ら
この例に限定されるものではなく、様々の切り出し角度
と電極構造の振動子にも適用される。
Although the present invention has been explained above using a specific tuning fork type crystal resonator shown in FIG. The present invention is not limited to, and may be applied to vibrators with various cutting angles and electrode structures.

たとえば第16図において40は比較的厚い振動子で、
2つの極性の電極はそれぞれ支持部41の表裏面からと
り出される。
For example, in Fig. 16, 40 is a relatively thick vibrator;
Electrodes of two polarities are taken out from the front and back surfaces of the support section 41, respectively.

42は本発明に関するコンデンサで1電極は振動子の裏
面と接着され、他は基板に接線されている。
42 is a capacitor according to the present invention, one electrode of which is bonded to the back surface of the vibrator, and the other electrodes are tangential to the substrate.

43は振動子の表の電極につながれたボンディングワイ
ヤ、44は振動子の裏電極につながれたボンディングワ
イヤ、45は基板につながれたボンディングワイヤであ
り、先に詳述した理由により温度補償されている。
43 is a bonding wire connected to the front electrode of the vibrator, 44 is a bonding wire connected to the back electrode of the vibrator, and 45 is a bonding wire connected to the substrate, which are temperature compensated for the reason detailed above. .

以上で明らかなように、本発明によれば水晶振動子の固
定支持台と発振回路のコンデンサを兼用することにより
、体積的に小型化が実現されるとともに結線個所の減少
に伴なう信頼性向上とも相まって腕時計に用いた場合の
寄与は大きい。
As is clear from the above, according to the present invention, by using the fixed support of the crystal resonator and the capacitor of the oscillation circuit, it is possible to achieve a reduction in volume and improve reliability due to the reduction in the number of connection points. Coupled with improvements, the contribution when used in wristwatches is significant.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は水晶振動子の一例の表側よりの概観図と、従来
の固定法を示す図である。 第2図は上記水晶振動子の裏側よりの概観図。 第3図は上記水晶振動子の水晶原板よりの切り出し角度
を示す図であり、1は水晶振動子をさしている。 第4図は上記水晶振動子の電極配置を示す図である。 第5図は上記水晶振動子の振動数一温度特性の一例であ
る。 第6図は一般的な振動子発振回路であり、15は振動子
、17.18はコンデンサである。 第7図は第6図に示したコンデンサ17.18の容量一
温度特性の一例である。 第8図はコンデンサの容量の温度変化により発振周波数
の温度変化が補償される様子を示す図である。 第9図は発振周波数の温度変化の補償特性を示すもので
、実線が補償前、破線は補償後の特性を示すものである
。 第10図は第6図に示した回路の従来の実装例を示すも
ので、23が振動子ケース、21,22が温度補償コン
デンサである。 第11図および第12図は本発明の一実施例であり、振
動子15は本発明にかかわるコンデンサ28,29にま
たがって装着される。 第13図は本発明の他の実施例であり、振動子15は本
発明にかかわるコンデンサ31.32にまたがって装着
される。 第14図は振動子発振回路の別の例で、34は振動子、
39はコンデンサである。 第15図は第14図に示した回路の実施例であり、振動
子34はコンデンサ33と39にまたがって装着されて
いる。 第16図は本発明の別の実施例であり、厚い振動子40
は本発明にかかわるコンデンサ44に装着されている。
FIG. 1 is a schematic view of an example of a crystal resonator from the front side, and a diagram showing a conventional fixing method. Figure 2 is an overview of the crystal resonator from the back side. FIG. 3 is a diagram showing the cutting angle of the crystal resonator from the crystal original plate, and 1 indicates the crystal resonator. FIG. 4 is a diagram showing the electrode arrangement of the crystal resonator. FIG. 5 is an example of the frequency-temperature characteristic of the crystal resonator. FIG. 6 shows a general vibrator oscillation circuit, where 15 is a vibrator and 17 and 18 are capacitors. FIG. 7 is an example of the capacitance-temperature characteristics of the capacitors 17 and 18 shown in FIG. FIG. 8 is a diagram showing how the temperature change in the oscillation frequency is compensated for by the temperature change in the capacitance of the capacitor. FIG. 9 shows the compensation characteristics of the oscillation frequency for temperature changes, where the solid line shows the characteristics before compensation and the broken line shows the characteristics after compensation. FIG. 10 shows a conventional mounting example of the circuit shown in FIG. 6, in which 23 is a resonator case, and 21 and 22 are temperature compensation capacitors. 11 and 12 show an embodiment of the present invention, in which a vibrator 15 is mounted across capacitors 28 and 29 according to the present invention. FIG. 13 shows another embodiment of the present invention, in which a vibrator 15 is mounted across capacitors 31 and 32 according to the present invention. FIG. 14 shows another example of a vibrator oscillation circuit, where 34 is a vibrator;
39 is a capacitor. FIG. 15 shows an embodiment of the circuit shown in FIG. 14, in which a vibrator 34 is mounted across capacitors 33 and 39. FIG. 16 shows another embodiment of the present invention, in which a thick vibrator 40
is attached to the capacitor 44 according to the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 音叉型水晶振動子を有する水晶振動子ユニットにお
いて前記音叉型水晶振動子を誘電体よりなる固定台に固
定するとともに、前記音叉型水晶振動子の基部に配置さ
れる電極と前記固定台上の電極とが直接接着されており
、且つ前記誘電体の誘電率は前記音叉型水晶振動子の発
振周波数の温度変化を打ち消すように変化する値に設定
され、更に音叉型水晶振動子が接着された固定台上の電
極が、前記誘電体の電極取り出し端子となることを特徴
とする水晶振動子ユニット。
1. In a crystal resonator unit having a tuning fork type crystal resonator, the tuning fork type crystal resonator is fixed to a fixed base made of a dielectric material, and an electrode disposed at the base of the tuning fork type crystal resonator and an electrode on the fixed base are fixed. The dielectric is directly bonded to the electrode, and the dielectric constant of the dielectric is set to a value that changes to cancel out temperature changes in the oscillation frequency of the tuning fork type crystal resonator, and the tuning fork type crystal resonator is further bonded. A crystal resonator unit characterized in that an electrode on a fixed base serves as an electrode extraction terminal of the dielectric.
JP9307574A 1974-08-14 1974-08-14 crystal oscillator unit Expired JPS593884B2 (en)

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JPS5120658A JPS5120658A (en) 1976-02-19
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