JPS6119556Y2 - - Google Patents

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JPS6119556Y2
JPS6119556Y2 JP15933081U JP15933081U JPS6119556Y2 JP S6119556 Y2 JPS6119556 Y2 JP S6119556Y2 JP 15933081 U JP15933081 U JP 15933081U JP 15933081 U JP15933081 U JP 15933081U JP S6119556 Y2 JPS6119556 Y2 JP S6119556Y2
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crystal
cut
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crystal resonator
present
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、輪郭振動子に関する。[Detailed explanation of the idea] The present invention relates to a contour vibrator.

さらに詳しくは、輪郭振動子の保持構造に関す
る。
More specifically, the present invention relates to a holding structure for a contour vibrator.

本考案の目的は、高安定にして安価な水晶振動
子の実用化にある。
The purpose of the present invention is to put into practical use a highly stable and inexpensive crystal resonator.

水晶時計の高精度化に伴つて、厚みすべり水晶
振動子、中でもATカツト水晶振動子が注目され
つつある。このATカツト水晶振動子を用いるこ
とによつて、時間精度はかなり改良されるが、こ
のATカツト水晶振動子にも、次のような欠点が
ある。即ち、小型にできない、共振周波数がMHz
帯で非常に高い、消費電力が大きい、同一性能の
ものを大量につくることができない等である。こ
れらの欠点により、ATカツト水晶振動子は、高
精度の周波数安定度をもつにもかかわらず、実用
化されていない。上記の欠点を克服し、安価な高
精度電子時計用水晶振動子としてGTカツト水晶
振動子の実用化を図るものが、本考案になる水晶
振動子である。
As quartz crystal watches become more precise, thickness-slip quartz crystal units, especially AT-cut quartz crystal units, are attracting attention. By using this AT-cut crystal oscillator, the time accuracy is considerably improved, but this AT-cut crystal oscillator also has the following drawbacks. In other words, the resonant frequency is MHz, which cannot be made smaller.
They are very expensive in terms of bandwidth, consume a lot of power, and cannot be manufactured in large quantities with the same performance. Due to these drawbacks, AT-cut crystal resonators have not been put into practical use despite their high frequency stability. The crystal resonator of the present invention overcomes the above drawbacks and aims to put the GT cut crystal resonator into practical use as an inexpensive crystal resonator for high-precision electronic watches.

以下、図面により説明する。 This will be explained below with reference to the drawings.

第1図は、従来の輪郭振動水晶振動子(GTカ
ツト振動子)の具体例である。図において、11
は輪郭振動水晶振動子体、12は11の表面上に
蒸着によつて着けられた電極、13は振動子の支
持と電極取り出しをかねるホルダである。この振
動子の振動姿態は、輪郭振動であつて、温度−共
振周波数特性は常温付近で平らになる優れた特性
をもつ。しかも共振周波数はATカツト水晶振動
子より低く、消費電流も少ない。しかし従来の具
体例では、大きさは共振周波数が100KHz程度
で、40cm角で、厚みが3mm程度である。しかし優
れた電気特性を維持するためには、水晶原石から
振動子体を形成する工程において、多くの配慮を
必要とする。すなわち、良い共振周波数のエージ
ング特性,高いQ値を得るためには、振動子体に
歪の残るような形成工程、例えば、ダイヤモンド
カツター等による加工法を採ることができず、研
摩によつて仕上げるような歪の財らない加工法を
採らなければならない。従つて第1図の例では、
振動子体は、6面を有するので、6回の研摩工
程、あるいは、対向する平面を同時に研摩したと
しても3回の研摩工程を採らねばならず、振動子
体を安価に製造することは、非常に難しい。又、
このGTカツト水晶振動子においては、縦、横の
辺比が、周波数温度特性に効き、又、各々の長さ
が共振周波数に影響するため、形状精度は極めて
厳しく、加工は非常に困難であつた。又、このよ
うな加工でできたものは、特性的にバラツキが大
きく、特性の優れたものを量産することは困難で
あつた。
FIG. 1 shows a specific example of a conventional contour vibrating crystal resonator (GT cut resonator). In the figure, 11
12 is a contour vibrating crystal oscillator body, 12 is an electrode attached by vapor deposition on the surface of 11, and 13 is a holder that supports the oscillator and takes out the electrode. The vibration mode of this vibrator is contour vibration, and the temperature-resonance frequency characteristic has an excellent characteristic of flattening around room temperature. Furthermore, the resonant frequency is lower than that of an AT-cut crystal resonator, and the current consumption is also lower. However, in the conventional example, the resonance frequency is about 100 KHz, the size is 40 cm square, and the thickness is about 3 mm. However, in order to maintain excellent electrical characteristics, many considerations must be made in the process of forming a vibrator body from raw crystal. In other words, in order to obtain good resonant frequency aging characteristics and a high Q value, it is impossible to use a forming process that leaves distortion in the vibrator body, such as a processing method using a diamond cutter. A processing method that does not cause distortion, such as finishing, must be adopted. Therefore, in the example of Figure 1,
Since the vibrator body has six surfaces, it must be polished six times, or even if the opposing planes are polished at the same time, it must be polished three times. extremely difficult. or,
In this GT cut crystal resonator, the ratio of the vertical and horizontal sides affects the frequency temperature characteristics, and each length affects the resonance frequency, so the shape accuracy is extremely strict and processing is extremely difficult. Ta. Moreover, the properties of products made by such processing vary widely, making it difficult to mass-produce products with excellent properties.

第2図は、本考案の一具体例の図である。 FIG. 2 is a diagram of a specific example of the present invention.

aは見取図、bは断面図である。図において、
21は輪郭振動水晶振動子の振動部、22は振動
部と一体に成形された電極部、23は支持部であ
る。24はホルダー、25はリード線、26は金
属球である。この場合、表裏の電極と水晶振動子
部及び支持部は、エツチングによつて成形され
る。それらの裏表面に蒸着等によつて着けられた
金属膜間に電圧を印加することによつて輪郭すべ
り振動をおこすことができる。第2図の水晶振動
子得る工程例を以下に詳説する。
A is a sketch, and b is a sectional view. In the figure,
21 is a vibrating part of a contour vibrating crystal resonator, 22 is an electrode part molded integrally with the vibrating part, and 23 is a support part. 24 is a holder, 25 is a lead wire, and 26 is a metal ball. In this case, the front and back electrodes, crystal resonator section, and support section are formed by etching. By applying a voltage between the metal films attached to their back surfaces by vapor deposition or the like, contour sliding vibration can be generated. An example of the process for obtaining the crystal resonator shown in FIG. 2 will be explained in detail below.

第3図は、本考案に係る水晶薄板が水晶原石か
ら切り出される方向を示す図である。図におい
て、X,Y,Zは、それぞれ水晶の電気軸、機械
軸、光軸である。30は従来のGTカツト水晶振
動子を作るための水晶板であり、31は本考案の
水晶振動子を得るための水晶板であつて、図のよ
うにY板をX軸を中心にα(=45゜〜55゜)回転
した位置に水晶原石より切り出される。この水晶
板は、切り出された後、充分に研摩して切り出し
工程での加工歪を取り除き、所定の厚さの水晶薄
板に仕上げられる。水晶振動子は、この水晶薄板
から次に説明するように、フオトエツチングによ
つて形成される。
FIG. 3 is a diagram showing the direction in which the crystal thin plate according to the present invention is cut out from the crystal raw stone. In the figure, X, Y, and Z are the electrical axis, mechanical axis, and optical axis of the crystal, respectively. 30 is a crystal plate for making a conventional GT cut crystal resonator, and 31 is a crystal plate for obtaining a crystal resonator of the present invention. = 45° ~ 55°) It is cut from the crystal rough in a rotated position. After this quartz plate is cut out, it is thoroughly polished to remove processing distortion during the cutting process, and is finished into a thin quartz plate with a predetermined thickness. A crystal resonator is formed from this crystal thin plate by photoetching, as will be explained below.

先ず、水晶薄板の表裏両面に、例えば、クロム
およびその上に金の金属膜を蒸着によつて着け
る。次に、第4図に示したように、水晶振動子の
形状41にフオトエツチングにより、前記クロー
ム金の金属膜を残す。その後、この水晶薄板を、
例えば弗化アンモニウムの混合液中に浸漬すれ
ば、クローム金の金属膜によつておおわれていな
い部分の水晶は、溶解され、多くの水晶振動子が
連なつたものが得られる。しかる後、第4図の接
続部分42に弱い力を与えれば、分離した水晶振
動子が得られる。この例においては、振動子形状
をしたクローム金の金属膜は、水晶を溶解する際
の保護マスクとして働くと同時に、完成後は、そ
のまま振動子の電極膜として働いている。しかし
工程数を増せば、電極と振動子外形とは異なつた
形状のものとすることができることは、言うまで
もない。
First, metal films of, for example, chromium and gold are deposited on both the front and back surfaces of a thin crystal plate by vapor deposition. Next, as shown in FIG. 4, the chrome-gold metal film is left on the shape 41 of the crystal resonator by photoetching. After that, this crystal thin plate,
For example, if the crystal is immersed in a mixed solution of ammonium fluoride, the portion of the crystal not covered by the chrome-gold metal film will be dissolved, resulting in a large number of crystal oscillators connected in series. Thereafter, by applying a weak force to the connecting portion 42 of FIG. 4, a separated crystal resonator can be obtained. In this example, the vibrator-shaped chrome-gold metal film serves as a protective mask when melting the crystal, and at the same time, after completion, it directly serves as the electrode film of the vibrator. However, it goes without saying that if the number of steps is increased, the electrodes and the vibrator can have different shapes.

又、出来上つた振動子が、X軸に関して、さら
に角度β(=45゜)だけ傾いて作られることは言
うまでもない。このように、本考案の水晶振動子
には次のような特徴がある。
Also, it goes without saying that the completed vibrator is made tilted by an angle β (=45°) with respect to the X-axis. As described above, the crystal resonator of the present invention has the following features.

(1) 加工形状に自由度が大きく、超小型に振動子
を形成することができる。
(1) There is a large degree of freedom in machining the shape, and ultra-compact vibrators can be formed.

(2) 水晶薄板面内で自由に回転軸(第3図β)を
選ぶことができ、温度特性の調整が可能であ
る。
(2) The rotation axis (β in Figure 3) can be freely selected within the plane of the crystal thin plate, making it possible to adjust the temperature characteristics.

(3) 外形寸法を高精度に仕上げることができるの
で、輪郭すべり水晶振動子の場合、共振周波数
温度特性、共振周波数の一様なものを作ること
ができる。
(3) Since the external dimensions can be finished with high precision, contour slip crystal resonators can be manufactured with uniform temperature characteristics and resonant frequencies.

(4) 電極部、支持部も外形成形と同時に行なうた
め、工数低減になる。
(4) Since the electrode part and support part are also formed at the same time as the external forming, the number of man-hours is reduced.

(5) 支持部を振動部と一体で成形するため、支持
による振動の損失が少ないと同時に、支持によ
る振動子の特性のバラツキが少なくなる。
(5) Since the support part is molded integrally with the vibrating part, there is less vibration loss due to the support, and at the same time, variations in the characteristics of the vibrator due to the support are reduced.

(6) 支持部を振動部と一体で形成するため、支持
部のスペースが小さくてすみ、支持線を不要と
すること等から、超小型にすることが可能であ
る。
(6) Since the support part is formed integrally with the vibrating part, the space of the support part is small, and support wires are not required, so it is possible to make it ultra-compact.

次に、本考案になる振動子の保持構造について
説明する。
Next, a vibrator holding structure according to the present invention will be explained.

上記のような方法により製作された水晶板を、
第2図に示す如く支持部23と、水晶板表面の電
極膜22との間に金属球を介して、両者を接着す
る。具体的には、電極22は下地クロム、その上
に金を蒸着した密着力の強い2層膜で、支持部2
3は、リン青銅、ベリリウム銅、ニツケル等のバ
ネ性のある金属で表面に金メツキされている。
A crystal plate manufactured by the method described above,
As shown in FIG. 2, the support portion 23 and the electrode film 22 on the surface of the crystal plate are bonded together via metal balls. Specifically, the electrode 22 is a two-layer film with strong adhesion, consisting of a chromium base and gold vapor-deposited thereon.
3 is made of a springy metal such as phosphor bronze, beryllium copper, or nickel, and its surface is plated with gold.

ICの配線用に使われているボールボンダー
で、金の電極膜22の上に金のボール26を熱圧
着しておき、その上から金メツキされた支持線2
3を熱圧着により圧着する。このようにして作ら
れたものが、第2図の具体例である。
With a ball bonder used for IC wiring, a gold ball 26 is thermocompressed onto a gold electrode film 22, and a support wire 2 is plated with gold over the gold ball 26.
3 is crimped by thermocompression bonding. The concrete example shown in FIG. 2 is made in this way.

本考案になる他の具体例を、第5図に示す。a
は見取図、bは断面図である。既述したように、
金の電極膜52にボールボンダで金のボール56
を熱圧着し、この金属球とホルダー54をハンダ
によつて接着する。上面の電気的導通をとるた
め、上面の電極とプラグ55とを、又、ホルダ5
4とプラグとを、リードボンデイングする。ホル
ダ54と電気的導通のとれているプラグが出てい
れば、前述の後者のリードボンデイングは不要で
ある。
Another specific example of the present invention is shown in FIG. a
is a sketch, and b is a cross-sectional view. As already mentioned,
A gold ball 56 is attached to the gold electrode film 52 using a ball bonder.
The metal ball and the holder 54 are bonded together using solder. In order to establish electrical continuity on the top surface, the electrode on the top surface and the plug 55 are also connected to the holder 5.
4 and the plug are lead bonded. If a plug electrically connected to the holder 54 is provided, the latter lead bonding described above is not necessary.

以上のような、本考案になる支持構造を有する
水晶振動子は、従来にない次のような利点をも
つ。
The crystal resonator having the support structure according to the present invention as described above has the following advantages not found in the prior art.

即ち、 1 従来のような先端につぶれたくぎ型の高価な
ヘツドデツトワイヤを必要としないため、安価
にできる。
That is: 1. It is possible to reduce the cost because it does not require an expensive nail-shaped head detent wire with a collapsed tip as in the conventional case.

2 水晶板と支持部材との接着にハンダを使用し
ないため、ハンダのバラツキによる特性の不安
定性がなく、又、特性の経時変化が少ない。
2. Since no solder is used to bond the crystal plate and the supporting member, there is no instability in characteristics due to variations in solder, and there is little change in characteristics over time.

3 水晶板と支持部材との接着面積は、中にはさ
むボールできまり、支持部材の形状精度が不要
である。
3. The bonding area between the crystal plate and the support member is determined by the ball sandwiched therein, so the shape accuracy of the support member is not required.

4 水晶板と支持部材を金属ボールを介して熱圧
着により圧着するため、接着面積が小さくで
き、振動子のQが上り、接着や支持部材の影響
を受けにくい。
4. Since the crystal plate and the supporting member are bonded by thermocompression bonding via a metal ball, the bonding area can be reduced, the Q of the vibrator is increased, and it is less susceptible to the effects of adhesion and the supporting member.

5 水晶板と支持部材をボールを介して熱圧着に
より接着するため、接着面積が小さくでき、水
晶板の共振周波数は接着、支持部材の影響を受
けず、又、上記共振周波数の経時変化も少な
い。
5. Since the crystal plate and the supporting member are bonded by thermocompression bonding through the balls, the bonding area can be made small, the resonant frequency of the crystal plate is not affected by the adhesion or the supporting member, and there is little change in the resonant frequency over time. .

6 水晶板と支持部材を、ボールを介して熱圧着
により接着するため、接着強度が非常に強い。
6. Because the crystal plate and the supporting member are bonded by thermocompression bonding through the balls, the bonding strength is extremely strong.

7 ハンダを使用しないため、組立作業の自動化
ができ、工数の逓減ができる。
7. Since no solder is used, assembly work can be automated and the number of man-hours can be reduced.

8 構造が簡単で、小型化できる。8. Simple structure and can be miniaturized.

以上、本考案の具体例として水晶振動子をあげ
説明してきたが、本考案の利点は、他の圧電振動
子においても同様であることは言うまでもない。
Although the crystal resonator has been described above as a specific example of the present invention, it goes without saying that the advantages of the present invention are the same for other piezoelectric resonators.

以上記述したように、本考案になる水晶板と保
持構造を有する水晶振動子は、小型で、構造が非
常に簡単、量産に適する工程によつて製造するこ
とができるので、非常に安価である。廉価、超小
型、超高精度の水晶振動子の実用化に、大きく貢
献するものである。
As described above, the crystal resonator having the crystal plate and holding structure according to the present invention is small, has a very simple structure, and can be manufactured by a process suitable for mass production, so it is very inexpensive. . This will greatly contribute to the commercialization of inexpensive, ultra-compact, and ultra-high precision crystal resonators.

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

第1図は従来の輪郭振動水晶振動子。第2図
は、本考案の輪郭振動水晶振動子の具体例の図。
第3図は、本考案に係る水晶薄板の切り出し角度
を示す図。第4図は、本考案の水晶振動子の製造
法を示す図。第5図は本考案の他の具体例の図で
ある。 11,21,41,51……輪郭振動水晶振動
子、12,22,52……電極膜、13,23…
…支持部、24,54……ホルダー、25,55
……プラグ、26,56……金属球、30……従
来の輪郭すべり水晶振動子をつくるための水晶
板。
Figure 1 shows a conventional contour vibrating crystal oscillator. FIG. 2 is a diagram of a specific example of the contour vibrating crystal resonator of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the cutting angle of the crystal thin plate according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a method of manufacturing a crystal resonator according to the present invention. FIG. 5 is a diagram of another specific example of the present invention. 11, 21, 41, 51... Contour vibrating crystal resonator, 12, 22, 52... Electrode film, 13, 23...
...Support part, 24, 54...Holder, 25, 55
...Plug, 26, 56...Metal ball, 30...Crystal plate for making a conventional contour slip crystal resonator.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 フオトエツチング加工により形成されたGTカ
ツト振動子の支持構造において、前記GTカツト
振動子の対向する2平面の各々に配置した金電
極、 前記2平面の各々のほぼ中央部にある節部の位
置で少なくとも一方の金電極表面上に熱圧着した
金ボール、前記GTカツト振動子平面に対向して
配置され前記金ボールに接着固定された支持部材
とから成ることを特徴とするGTカツト振動子の
支持構造。
[Claims for Utility Model Registration] In a support structure for a GT cut oscillator formed by photoetching, a gold electrode disposed on each of two opposing planes of the GT cut oscillator, approximately at the center of each of the two planes. A gold ball is thermocompression bonded onto the surface of at least one gold electrode at a node in the section, and a supporting member is placed opposite to the plane of the GT cut resonator and is adhesively fixed to the gold ball. Support structure of GT cut oscillator.
JP15933081U 1981-10-26 1981-10-26 Expired JPS6119556Y2 (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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Publication Number Publication Date
JPS5796516U JPS5796516U (en) 1982-06-14
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