TWI496416B - 結晶體單元 - Google Patents

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Description

結晶體單元
本發明係有關於一種雙旋Y形切割結晶體單元的技術領域，尤指一種SC切割結晶單元，於其中使C波形的結晶體阻抗(crystal impedance,CI)小於B波形的結晶體阻抗。
雙旋Y形切割結晶體單元例如SC切割結晶體單元在溫度衝擊(thermal-shock)特性及其他特性上有良好的表現。是故，雙旋Y形切割結晶體單元係用作例如恆溫式的高穩定結晶體震盪器。在SC切割結晶體單元中，不僅只有作為主要震盪的C波形，還有因為與C波形的震動頻率相近而造成不正常震盪(頻率跳躍)的B波形。是故，有壓抑B波形的以穩定C波形的震盪之需求。
第3a圖及第3b圖係用於解釋相關技術的結晶體單元之一例的圖示，於第3a圖，係SC切割結晶體元件的方位角(azimuthal)圖，而第3b圖係結晶體元件之視圖。
上述結晶體單元係由SC切割結晶體元件1組成。結晶體元件1的主面(principal surface)係與於對結晶體軸(X,Y,Z)以逆時針方向旋轉θ°及Φ °繞X軸及Z軸左旋的新轉軸(X’,Y”,Z’)之Y”軸正交。簡言之，上述結晶體單元係由雙旋Y形切割結晶體板所組成，其中與Y軸正交的主面(Y面)係以θ°及Φ °繞X軸及Z軸為中心左旋。
實際上，舉例而言，雙旋Y形切割結晶體板係以θ°繞X軸旋轉，於後以Φ °繞新產生的Z’旋轉。或者，雙旋Y形切割結晶體板繞Z軸旋轉Φ °角度，於後繞新產生的X’向左旋轉θ°。一般而言，θ係指方向角，而Φ 係指傾斜角，且方向角θ對於溫度特性(頂峰溫度)有影響，而傾斜角Φ 對結晶體阻抗有影響。
此外，如第4圖所示，上述結晶體係三方(trigonal)結晶體。是故，x軸(實線)係120°的區間內存在作為電軸(electric axis)，而Y軸(鍊線)係作為機械軸(mechanical axis)存在以與X軸正交。另，第4圖係剖面圖，其中穿過紙本平面的方向係作為視軸(optical axis)的Z軸，並與Z軸正交。據此，SC切割結晶體的傾斜角Φ (22°)係透過將Y軸作為基準以逆時針方向旋轉30°(30-Φ )°，也就是，以與X軸相差30°為基準，順時針方向旋轉8°。
結晶體元件1係例如沿X’軸方向形成一邊方向較長的長方形幾何形狀，而X’軸定義為長度L、Z’軸定義為寬度W、而Y”定義為厚度T。激發電極(excitation electrode，未圖示)係形成於結晶體元件1的兩個主面，而引導電極(leading electrode)係由其末端的兩側延伸，並被未說明的手段所持定，而結晶體元件1係密封地封裝，以形成結晶體單元。
(習知技術文獻) (專利文獻)
(專利文獻1)日本專利JP-A-2006-345115
(專利文獻2)日本專利JP-A-H11-177376
(專利文獻3)日本專利JP-A-S56-122516
然而，具有前述設置(SC切割)的結晶體單元，B波形(從屬震盪)係產生厚度扭轉(thickness-twisting)震動，俾使其接近C波形的厚度切變(thickness-shear)震動，而B波形的結晶體阻抗與C波形的結晶體阻抗係互相相等。據此，有著B波形對應C波形的震盪，產生不正常的震盪的問題。
為此，例如日本專利JP-A-2006-345115提出了一種對應C波形及B波形的諧振電路(resonant circuit)，用以壓抑B波形、以穩定於C波形的震盪。然而，於此例中，存在有LC電路或類似電路作為諧振電路時需複雜化電路的問題，其增加了元件數量而複雜化了設計。
此外，這些問題不僅是發生在SC切割結晶體單元中發生，並同樣的在雙旋Y形切割結晶單元其中B波形對應C波形時產生。舉例而言，這些問題同樣的發生在如方向角θ為33°而傾斜角Φ 為19°的IT切割結晶體單元中，以及方向角θ為33°而傾斜角Φ 為15°的FC切割結晶體單元中。
本發明的一目的為提供一種雙旋Y形切割結晶單元，其中B波形的結晶體阻抗相對大於C波形者，俾使C波形的震盪較為容易。
根據本發明的第一態樣，係提供一種雙旋Y形切割結晶體單元，包括：結晶體元件，係分別對結晶體軸(X,Y,Z)的X軸及Z軸為中心以逆時針方向旋轉θ°及，其主面係與新產生的旋轉結晶體軸(X’,Y’’,Z’)的Y’’軸正交，且形成一邊方向較長的長方形幾何形狀，其中結晶體元件的長邊方向係相當於對作為主面的旋轉結晶體軸之X’-Z’平面的中央軸X’軸以逆時針方向旋轉α°角之軸方向，而該α角係設定成為(30-)°±45°。
根據本發明的第二態樣之雙旋Y形切割結晶體單元，該雙旋Y形切割結晶體單元係SC切割結晶體單元，於其中該結晶體元件係設定成使θ角為33°，而角為22°。
根據本發明的第三態樣之雙旋Y形切割結晶體單元，係在第一態樣之雙旋Y形切割結晶單元中，該雙旋Y形切割結晶體單元係IT切割結晶體單元，該結晶體元件係設定成使θ角為33°，角為19°；或係FC切割結晶體單元，該結晶體元件係設定成使θ角為33°、角為15°
根據本發明以SC切割結晶體單元為例的各種態樣，於B波形的結晶體阻抗可被顯著地增加為相對C波形的二十倍。據此，避免了B波形的不正常震盪，藉以穩定C波形的震盪。
根據本發明的第二及第三態樣，係進一步闡明第一樣態的雙旋Y形切割結晶單元，並且發揮了第一樣態的功效。
此外，於專利文獻2說明了基於其壓力敏感及其他的 特性，而設定SC切割結晶體單元為XX’軸±45°。然而，於本發明以SC切割結晶體單元為例的情況，係由公式(30-)°±45°導出α°為+53°或-37°。是故，本發明與專利文獻1完全不同。
於下，係參考第1圖(橫向旋轉圖)及第2圖(結晶體阻抗特性圖)說明本發明之一實施例。此外，於相關例子中相同的元件部分，係以相同的元件符號標示，其說明係簡化或省略。
結晶體單元係由SC切割結晶體元件1所組成，其主面係以對結晶體軸(X,Y,Z)(請參考第3a圖及第3b圖)的X軸及Z軸為中心的方向角θ 33°及傾斜角22°正交於旋轉結晶體軸(X’,Y’’,Z’)的Y’’。於此例中，係如上所述(請參考第4圖)對X軸的逆時針旋轉傾斜角(22°)對Y軸則成為從X軸向同方向旋轉30°而以(30-)°表示。
結晶體元件1係沿X’軸方向形成一邊方向較長的長方形幾何形狀，Y’’定義為厚度T；X’軸定義為長度L；Z’軸定義為寬度W；而結晶體元件1係作為基準結晶體元件1A。舉例而言，將長度L設定為3.2mm，並將寬度W設定為1.8mm，這使得兩側的長寬(L/W)比成為1.8。此外，只要將兩側的長寬(L/W)比設為接近1.8或更高，基本上可增加B波形的結晶體阻抗對應C波形的結晶體阻抗(請參考專利文獻3)。於是，於本實施例中，如第1圖所示，基準結晶體元件1A係以此處為主面的平面X’-Z’的X’軸(傾斜角=22°)為基準(0°)做平面內旋轉，以於此例中得到結晶體元件1的對應結晶體阻抗。
第2圖係基於平面內旋轉的實驗結果所得到的基本結晶體阻抗特性視圖。然而，結晶體元件以X’軸為基準(0°)其平面內旋轉角α在逆時針方向及順時針方向±90°的範圍係標畫於橫座標(abscissa)上。再且，對應平面內旋轉角α的C波形(曲線A)及B波形(曲線B)的結晶體阻抗值係標畫於縱座標(ordinate)。
於此，當以X軸做為基準的X’軸的平面內旋轉角α時，係加上一傾斜角Φ (22°)，而平面內旋轉角α變為(Φ +α)。此外，如上所述由於傾斜角Φ 係對X軸(30-Φ )°，故平面內旋轉角α亦可用(30-Φ )表示。
此外，於此實驗之基準結晶體元件1A及結晶體元件1係由激發電極(未圖示)所延伸的引導電極於兩個主面持定其末端的兩側。
如第2圖所示，當以X’軸為基準的平面內旋轉角α的範圍係介於±90°，其C波形(曲線A)的結晶體阻抗係大致上固定在20Ω。這是因為C波形(厚度切變震動)係充分的激發了，即使當X軸的長度被平面內旋轉所改變，亦不會對結晶體阻抗造成影響。
相比之，B波形的結晶體阻抗到達20Ω的最小值，其係相等於C波形對X’軸以8°，及8°±90°的98°及-82°做平面內旋轉的值。接著，B波形的結晶體阻抗在53°到-37°即8°±45°時到達接近200Ω的最大值。簡言之，B波形的結晶體阻抗在相對X’軸(最小值)平面內旋轉角α=8°時集中，在±45°時到達最大值，而在±90°時到達最小值。
根據這些事實，將相對X’軸的平面內旋轉角α°設定為53°及-37°，即可使SC切割結晶體單元B/C結晶體阻抗B波形相對C波形的比率顯著地增加大約二十倍。於是，例如相較於利用LC電路壓抑B波形，其元件的數量減少，而使得電路設計較為容易。
於上述實施例，於SC切割結晶體單元中，相對X’軸(傾斜角Φ =22°)B波形的結晶體阻抗在的平面內旋轉角α為8°時達到最小(8°±90°)，而B波形的結晶體阻抗在平面內旋轉角α為8°±45°時達到最大。同時，如上所述，平面內旋轉角α=8°係相當於(30-Φ )°。據此，B波形的結晶體阻抗達到最大的平面內旋轉角α=(8°±45°)可表示為(30-Φ )°±90°。於此例中，B波形的結晶體阻抗在(30-Φ )°±90°達到最小，而在介於中間的(30-Φ )°±45°時達到最大。
上述這些事實中除了SC切割結晶體單元，具有C波形及B波形的雙旋Y切割結晶體單元的事例亦引發了相同的現象，舉例來說，具有傾斜角Φ 的IT切割結晶體單元其旋轉角係相對X軸19°。據此，當對X軸的旋轉角為(30-Φ )°±45°時，B波形的結晶體阻抗係達到最大，使得關於C波形的結晶體阻抗的B/C比例顯著的提高。以此，本發明基本上不僅可應用於SC切割結晶體單元，更可以應用於具有C波形及B波形的雙旋Y切割結晶體單元。
1．．．結晶體元件
1A．．．基準結晶體元件
第1圖係為結晶體元件(SC切割)的平面內旋轉圖，用以解釋本發明之一實施例；
第2圖係為對應平面內旋轉結晶體阻抗特性圖，用以解釋本發明之一實施例；
第3a圖及第3b圖係為說明習知結晶體單元一例之示意圖，其中第3a圖係SC切割結晶體元件之剪切方位角圖，而第3b圖細節晶體元件之視圖
第4圖係為示意正交於結晶體(石英)的Z軸平表面之剖面圖，用以解釋相關例子。
1．．．結晶體元件
1A．．．基準結晶體元件

Claims (4)

  1. 一種雙旋Y形切割結晶體單元，包括：結晶體元件，係分別對結晶體軸(X,Y,Z)的X軸及Z軸為中心以逆時針方向旋轉θ°及，其主面係與新產生的旋轉結晶體軸(X’,Y’’,Z’)的Y’’軸正交，且形成一邊方向較長的長方形幾何形狀，其中相對於在作為主面的旋轉結晶體軸之X’-Z’平面中作為中央軸之Y’’軸，X’軸以逆時針方向旋轉α°角時，該結晶體元件的長邊方向係相當於經旋轉之X’軸方向，而該α角係設定成為(30-)°±45°。
  2. 如申請專利範圍第1項之雙旋Y形切割結晶體單元，其中，該雙旋Y形切割結晶體單元係SC切割結晶體單元，而該結晶體元件係設定成使θ角為33°，角為22°。
  3. 如申請專利範圍第1項之雙旋Y形切割結晶體單元，其中，該雙旋Y形切割結晶體單元係IT切割結晶體單元，該結晶體元件係設定成使θ角為33°，角為19°；或係FC切割結晶體單元，該結晶體元件係設定成使θ角為33°，角為15°。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之雙旋Y形切割結晶體單元，其中，該結晶體元件係形成一邊方向較長的長方形幾何形，X’軸定義為長度L，Z’軸定義為寬度W時，L/W比設為1.8或更高。
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