JP2006020020A - 水晶振動子 - Google Patents
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Abstract
【目的】本発明はCI及び容量比γを小さく維持した特に高周波用の水晶振動子を提供する。
【構成】振動領域としての厚みの小さい中央部及び前記中央部を包囲する厚みの大きい外周部からなる水晶片と、前記振動領域の両主面に対向して設けられた一対の励振電極と、前記一対の励振電極から延出した引出電極とを有する水晶振動子において、前記引出電極は前記励振電極の外周に少なくとも半周以上にわたって接続して両主面間で互いに重畳する対向部を有し、前記対向部となる水晶片の厚みは前記振動領域の厚みより大きい肉厚部とする。
【選択図】図1
【構成】振動領域としての厚みの小さい中央部及び前記中央部を包囲する厚みの大きい外周部からなる水晶片と、前記振動領域の両主面に対向して設けられた一対の励振電極と、前記一対の励振電極から延出した引出電極とを有する水晶振動子において、前記引出電極は前記励振電極の外周に少なくとも半周以上にわたって接続して両主面間で互いに重畳する対向部を有し、前記対向部となる水晶片の厚みは前記振動領域の厚みより大きい肉厚部とする。
【選択図】図1
Description
本発明は外周部より厚みの小さい振動領域を有する高周波用の水晶振動子を技術分野とし、特に励振電極と引出電極との接続長(領域)を大きくして振動特性を良好にした水晶振動子に関する。
(発明の背景)水晶振動子は周波数制御素子として知られ、各種電子機器の発振器に周波数及び時間の基準源として組み込まれる。近年では、光通信等の台頭によって例えば600MHz帯とした高周波化が進行し、これらの一つにエッチングによる振動領域の厚みを小さくしたものがある(特許文献1)。
(従来技術の一例)第2図は一従来例を説明する水晶振動子の図で、同図(a)は水晶片の平面図、同図(b)は同断面図である。
水晶振動子は例えばATカットとした矩形状の水晶片1からなる。水晶片1は振動領域1aとする厚みの小さい中央部と、その外周を包囲する厚みの大きい外周部とを有する。振動領域(中央部)1aには両主面間で対向する一対の励振電極2(ab)が形成される。一対の励振電極2(ab)は外周部の内壁から離間して形成され、電極面積に対する振動領域1aを充分大きくする。一対の励振電極2(ab)からは互いに反対方向の両端部に引出電極3(ab)を延出する。
これらは、写真製版及びエッチング技術によって形成され、図示しない一枚の水晶ウェハから多数の水晶片1が形成される。そして、引出電極3(ab)の延出した両端部を、例えば第3図に示したように表面実装容器4の内底面に固着し、カバー5を被せて密閉封入される。但し、一主面(凹面)側の引出電極3aは側面を経て他主面に延出する。内底面には引出電極3(ab)と電気的に接続する水晶端子を有し、外表面に実装端子6として導出される。これにより、表面実装振動子を構成する。符号7は導電性接着剤である。
このようなものでは、振動周波数(基本波)を例えば622MHzとすると、振動領域1aの厚みは約2.2μmになる。そして、水晶振動子の小型化から、水晶片1の外形を例えば約1.4×1.2mmとして、振動領域1aの直径を0.5mmとし、各励振電極2(ab)の直径を0.2mmとする。
特開平2004−72676号公報
特開2004−40693号公報
(従来技術の問題点)しかしながら、上記構成の水晶振動子では小型化に伴う水晶片1の外形寸法の縮小化等により、クリスタルインピーダンス(以下、CIとする)は基本的に大きくなる問題があった。例えば励振電極2(ab)が小さくなることによって、励振電極2(ab)と引出電極3(ab)との接続長(領域)が小さくなる。
このため、励振電極2(ab)と引出電極3(ab)との間の電気的な導通抵抗が大きくなって、励振電極2(ab)に充分な電気的エネルギーを供給できない。また、引出電極3(ab)自体の幅も小さく導通抵抗が増大すること等に起因してCIが大きくなる。
このことから、例えば第4図に示したように、引出電極3(ab)を励振電極2(ab)の互いに反対側の約半周で接続して、反対方向の両端部にそれぞれ広がり領域を設けて延出する(特許文献1)。そして、引出電極3(ab)の厚みは励振電極2(ab)よりも大きくする。これにより、励振電極2(ab)と引出電極3(ab)との接続長を大きくして両者間の導通抵抗を小さくする。また、引出電極3(ab)自体の幅及び厚みも大きく導通抵抗を小さくする。したがって、CIを小さくできる。
しかし、これ以上に、引出電極3(ab)と励振電極2(ab)との接続長を大きくしてCIを小さくすることには限界があった。すなわち、各引出電極3(ab)を励振電極2(ab)の全外周に接続し、励振電極2(ab)の全外周から電気的エネルギーを供給すればCIを小さくできることが想定されるが、この場合には両主面間で一対の引出電極3(ab)が重畳する。
この場合、一対の励振電極2(ab)を大きくしたことになるので、電極間容量を主因とした等価並列容量C0が増加して、容量比γを大きくする。なお、容量比γは等価直列容量C1との比C0/C1であり、これが小さいほど周波数可変幅は大きくなって発振回路の構成及び調整を容易にする。したがって、通常では容量比γは小さい値に設計される。
等価並列容量(電極間容量)C0及び同直列容量C1は、いずれも励振電極2(ab)の対向面積に比例して大きくなる。したがって、励振電極2(ab)の全外周に引出電極3(ab)を接続して実質的に励振電極2(ab)を大きくした場合は、等価直列容量C1は飽和して同並列容量C0は増加する。これにより、容量比γは大きくなる問題があった。これらのことから、励振電極2(ab)に対する引出電極3(ab)の接続長は半周以内と制限され、接続長を大きくすることによるCIの低下には限界があった。
(発明の目的)本発明はCI及び容量比γを小さく維持した特に高周波用の水晶振動子を提供することを目的とする。
本発明は、特許請求の範囲(請求項1)に示したように、振動領域としての厚みの小さい中央部及び前記中央部を包囲する厚みの大きい外周部からなる水晶片と、前記振動領域の両主面に対向して設けられた一対の励振電極と、前記一対の励振電極から延出した引出電極とを有する水晶振動子において、前記引出電極は前記励振電極の外周に少なくとも半周以上にわたって接続して両主面間で互いに重畳する対向部を有し、前記対向部となる水晶片の厚みは前記振動領域の厚みより大きい肉厚部とした構成とする。
このような構成であれば、引出電極は励振電極の外周の少なくとも半周以上にわたって接続するので、両者間の導通抵抗を小さくして半周以上の外周から電気的エネルギーを供給できる。したがって、基本的にCIを小さくできる。
また、両主面間で重畳する引出電極の対向部は肉厚部とするので、引出電極の重畳部(対向部)による電極間容量は厚みが大きい分小さくなって激減する。したがって、等価並列容量C0は肉厚部(対向部)内における励振電極の対向面積に依存して小さく維持できる。また、振動周波数に対する励振電極の面積は一定で等価直列容量C1もほぼ一定に維持されることから、容量比γ(=C0/C1)を小さくできる。
そして、引出電極の対向部での振動周波数は、励振電極(振動領域)による振動周波数よりも低域側に生ずることから、格別な影響を与えることがない。勿論、対向部での振動周波数が悪影響を与えない厚み、例えば対向部での振動周波数の奇数次高調波(オーバトーン)が振動領域での振動周波数とは異なる領域になる厚みに設定される。
本発明の請求項2に示したように、請求項1の前記対向部は前記励振電極の全外周に設ける。これにより、励振電極と引出電極との間の導通抵抗を最小にし、励振電極)の全外周から電気的エネルギーを供給でき、CIを最小にする。
同請求項3では、請求項1の引出電極は前記対向部から広がり領域をもって延出するとともに、前記引出電極の厚みは前記励振電極の厚みより大きくする。これにより、断面積を大きくして引出電極自体導通抵抗を小さくできる。
第1(abc)図は本発明の一実施例を説明する水晶振動子の図で、同図(a)は水晶片の平面図、同図(b)は断面図、同図(c)は振動領域の一部拡大断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
水晶振動子は、前述したように、ATカットとした矩形状の水晶片1からなり、振動領域1aとする厚みの小さい中央部と、その外周を包囲する厚みの大きい外周部とを有する。振動領域1a(中央部)には両主面間で対向する一対の励振電極2(ab)が形成され、互いに反対方向の両端部に引出電極3(ab)を延出する。振動周波数を622MHz(厚みは約2.2μm)とし、外形を約1.4×1.2mmとして、振動領域1aの直径を0.5mmとし、励振電極2(ab)の直径を0.2mmとする。
ここでは、一主面の励振電極2(ab)の全外周に環状の肉厚部(環状肉厚部とする)8を設ける。環状肉厚部8は平坦面とした他主面に設けた突出部によって形成される。そして、環状肉厚部8の両主面に引出電極3(ab)を形成する。各引出電極3(ab)は両主面の励振電極2(ab)の全外周で内周が接続して、両主面間で重畳する。以下では、引出電極3(ab)の重畳する対向部を環状対向部3(a1、b1)とする。
そして、環状対向部3(a1、b1)の互いに反対側の各半周から広がり領域を設けて反対方向の両端部に延出する。さらに、引出電極3(ab)の厚みは、励振電極2(ab)のそれよりも大きくして引出電極3(ab)自体の導通抵抗を小さくする。そして、前述同様に表面実装容器に収容されて密閉封される(前第3図参照)。
このような構成であれば、発明の効果(「0015」欄)等で記載するように、引出電極3(ab)は、環状対向部3(a1、b1)が励振電極2(ab)の半周よりも長い接続領域となる全外周に接続する。したがって、この場合には、励振電極2(ab)と引出電極3(ab)「環状対向部3(a1、b1)」との導通抵抗を最小にして、全外周から充分な電気的エネルギーを供給できる。これにより、CIを基本的に小さくできる。
また、引出電極3(ab)の環状対向部3(a1、b1)は環状肉厚部8として振動領域1aよりも厚みを大きくする。したがって、環状対向部3(a1、b1)での電極間容量は小さくなる。このことから、等価並列容量C0は励振電極2(ab)の対向面積に依存して小さく維持できる。また、等価直列容量C1は、励振電極2(ab)の大きさが一定に維持されることから、容量比γ(C0/C1)を小さくできる。
ちなみに、前述のように振動領域1aの厚み2.2μmとして、励振電極2(ab)の直径0.2mmとすると電極間容量は0.5pFになる。これに対して、環状肉厚部の上面の電極幅を0.05mmとし、環状肉厚部8を20μmの肉厚にしたとすると、合計の電極間容量は約0.53pFになる。したがって、励振電極2(ab)による電極間容量に依存して小さくできる。
この場合、環状肉厚部8(環状対向部)での振動周波数は、励振電極2(ab)(振動領域1a)による振動周波数よりも低域側に生ずることから、格別な影響を与えることがない。例えば対向部での振動周波数の奇数次高調波(オーバトーン)が振動領域1aでの振動周波数とは異なる領域になる厚みに設定される。
(他の事項)上記実施例では環状肉厚部8を設けて引出電極3(ab)の環状対向部3(a1、b1)を形成したが、環状肉厚部8の一部領域で重畳する環状対向部3(a1、b1)を設けてもよい。この場合、環状対向部3(a1、b1)の対向する部分のみを肉厚部としてもよい。また、環状肉厚部8は振動領域1aの平坦面とした他主面に突出部を設けて形成したが、凹状とした一主面に突出部を設けてもよく、さらには両主面に突出部を設けて形成してもよい。
また、水晶片1は単板から形成したが、この場合には振動領域1aの厚みにするエッチング量が多くなる。したがって、水晶片1を二枚として、一枚に振動領域を形成した後、貫通孔を設けたもう一枚を直接接合した貼り合せ型であってもよい(特許文献2参照)。
1 水晶片、1a 振動領域、2 励振電極、3a、3b 引出電極、3a1、3b1 対向部、4 表面実装容器、5 カバー、6 実装端子、7 導電性接着剤、8 肉厚部。
Claims (3)
- 振動領域としての厚みの小さい中央部及び前記中央部を包囲する厚みの大きい外周部からなる水晶片と、前記振動領域の両主面に対向して設けられた一対の励振電極と、前記一対の励振電極から延出した引出電極とを有する水晶振動子において、前記引出電極は前記励振電極の外周に少なくとも半周以上にわたって接続して両主面間で互いに重畳する対向部を有し、前記対向部となる水晶片の厚みは前記振動領域の厚みより大きい肉厚部としたことを特徴とする水晶振動子。
- 前記対向部は前記励振電極の全外周に設けた請求項1の水晶振動子。
- 前記引出電極は前記対向部から広がり領域をもって延出するとともに、前記引出電極の厚みは前記励振電極の厚みより大きい請求項1の水晶振動子。
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