JP2017158146A - 水晶振動子 - Google Patents
水晶振動子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017158146A JP2017158146A JP2016042267A JP2016042267A JP2017158146A JP 2017158146 A JP2017158146 A JP 2017158146A JP 2016042267 A JP2016042267 A JP 2016042267A JP 2016042267 A JP2016042267 A JP 2016042267A JP 2017158146 A JP2017158146 A JP 2017158146A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- crystal
- degrees
- range
- excitation electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000010453 quartz Substances 0.000 title claims abstract description 20
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 20
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 230
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 106
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 16
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/19—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator consisting of quartz
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02015—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
- H03H9/02023—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles consisting of quartz
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
- H03H9/132—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials characterized by a particular shape
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
【課題】本発明では、副振動と主振動との結合を抑え、CI値が低く抑えられた水晶振動子を提供する。【解決手段】水晶振動子(100b)は、水晶の結晶軸であるZ軸を中心にして水晶の結晶軸であるX軸を15度から25度の範囲で回転したX’軸及びX’軸を中心にしてZ軸を33度から35度の範囲で回転したZ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片(110b)と、水晶片の各主面に形成される励振電極(120b)と、を有する。また、各励振電極は楕円形状に形成され、楕円形状の長軸が、X’軸が伸びる方向に対して−5度から+15度の範囲の方向に伸びる。【選択図】図4
Description
本発明は、2回回転カットの水晶片が用いられた水晶振動子に関する。
水晶を結晶軸であるZ軸を中心にして水晶の結晶軸であるX軸をφ度回転したX’軸及びX’軸を中心にしてZ軸をθ度回転したZ’軸に平行に切断して形成される2回回転カットの水晶片が用いられた2回回転水晶振動子が知られている。例えば特許文献1では、例えばφが約22度であり、θが約34度であるSCカットの水晶振動子が示されている。このような2回回転水晶振動子はATカット水晶振動子に比べて熱衝撃特性が良好であり80℃前後の比較的高温でゼロ温度係数を示すため、例えば80℃程度の一定温度に加熱した恒温槽に収納して安定度の高い水晶発振器として使用される。
しかし、特許文献1に示されるような2回回転振動子では、輪郭系、屈曲系の副振動が主振動に結合して温度変化による急峻な周波数変化及びクリスタルインピーダンス(CI)の変化を生じやすいという問題があった。また、2回回転水晶振動子とATカットの水晶振動子とは互いに振動モードが異なるため、2回回転水晶振動子にATカットの水晶振動子の技術をそのまま用いて副振動を抑えることも難しい。
そこで、本発明では、副振動と主振動との結合を抑え、CI値が低く抑えられた水晶振動子を提供することを目的とする。
第1観点の水晶振動子は、水晶の結晶軸であるZ軸を中心にして水晶の結晶軸であるX軸を15度から25度の範囲で回転したX’軸及びX’軸を中心にしてZ軸を33度から35度の範囲で回転したZ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、水晶片の各主面に形成される励振電極と、を有する。また、各励振電極は楕円形状に形成され、楕円形状の長軸が、X’軸が伸びる方向に対して−5度から+15度の範囲の方向に伸びる。
第2観点の水晶振動子は、水晶の結晶軸であるZ軸を中心にして水晶の結晶軸であるX軸を15度から25度の範囲で回転したX’軸及びX’軸を中心にしてZ軸を33度から35度の範囲で回転したZ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、水晶片の主面に形成される励振電極と、を有する。また、各励振電極は楕円形状に形成され、楕円形状の長軸が、Z’軸が伸びる方向に対して±5度の範囲の方向に伸びる。
第3観点の水晶振動子は、第1観点及び第2観点において、水晶片が、1本の対角線がZ′軸に対し±10°の範囲にある正方形若しくは長方形、又は1つの辺が前記Z′軸に対し±10°の範囲にある正方形若しくは長方形に形成される(ただし、正方形、長方形とは、水晶片の角部がR状等の略正方形、略長方形も含む)。なお、ここで±10°と述べている理由は、この範囲であれば本発明でいう励振電極を特定の位置で配置した上で、さらに、水晶片を支持する際の影響を低減できかつ水晶片の加工が容易な水晶片を選択できる。
第4観点の水晶振動子は、第1観点から第3観点において、長軸と楕円形状の短軸との比が、1.1:1から2.0:1の範囲である。
第5観点の水晶振動子は、水晶の結晶軸であるZ軸を中心にして水晶の結晶軸であるX軸を15度から25度の範囲で回転したX’軸及びX’軸を中心にしてZ軸を33度から35度の範囲で回転したZ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、水晶片の主面に形成される励振電極と、を有する。各励振電極は、X’軸が伸びる方向に対して−5度から+15度の範囲の方向に長軸が伸びる第1楕円形状と、Z’軸が伸びる方向に対して±5度の範囲の方向に長軸が伸びる第2楕円形状と、が合成された形状に形成される。
第6観点の水晶振動子は、第5観点において、第1楕円形状の長軸と短軸との比が、1.1:1から2.0:1の範囲であり、第2楕円形状の長軸と短軸との比が、1.1:1から2.0:1の範囲である。
第7観点の水晶振動子は、第1観点から第6観点において、水晶片が所定の周波数で振動し、励振電極が、厚さが一定である中央部と中央部の周囲に形成され内周側から外周側にかけて厚さが薄くなる傾斜部とを含み、傾斜部の内周側と外周側との幅が水晶片の不要振動の波長の1/2よりも長い。
第8観点の水晶振動子は、第1観点から第7観点において、励振電極の厚さが水晶片の厚さの0.03%から0.18%の間である。
本発明の水晶振動子によれば、副振動と主振動との結合を抑え、CI値が低く抑えることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
(第1実施形態)
<水晶振動子100の構成>
図1は、2回回転カットの水晶片110の説明図である。図1では、水晶の結晶軸がX軸、Y軸、Z軸として表されている。2回回転カットの水晶片110は、水晶の結晶軸であるZ軸を中心にして水晶の結晶軸であるX軸をφ度回転したX’軸、及びX’軸を中心にしてZ軸をθ度回転したZ’軸に平行に水晶が切断されることにより形成される。そのため、2回回転カットの水晶片110は、X’Z’面が主面となるように形成される。また、図1では、X’軸及びZ’軸に垂直なY’軸が示されている。
<水晶振動子100の構成>
図1は、2回回転カットの水晶片110の説明図である。図1では、水晶の結晶軸がX軸、Y軸、Z軸として表されている。2回回転カットの水晶片110は、水晶の結晶軸であるZ軸を中心にして水晶の結晶軸であるX軸をφ度回転したX’軸、及びX’軸を中心にしてZ軸をθ度回転したZ’軸に平行に水晶が切断されることにより形成される。そのため、2回回転カットの水晶片110は、X’Z’面が主面となるように形成される。また、図1では、X’軸及びZ’軸に垂直なY’軸が示されている。
図1に示されるような2回回転カットの水晶片は、φが約22度でありθが約34度であるSCカットの水晶片、φが約19度でありθが約34度であるITカットの水晶片、及びφが約15度でありθが34.33であるFCカットの水晶片等が知られている。これらの水晶片はφが15度から25度の間でありθが33度から35度の間であり、以下の説明では、φが15度から25度の間でありθが33度から35度の間である2回回転カットの水晶片が用いられているとして説明する。
図2(a)は、水晶振動子100の平面図である。水晶振動子100は、水晶片110と、励振電極120と、を有している。水晶片110は長辺がZ’軸方向に伸び、短辺がX’軸方向に伸びる長方形の平板状に形成されている。角板状の水晶振動子は形状を整えることが容易であり、製造コストを低く抑えることができるため好ましい。
水晶片110の主面表裏(+Y’軸側及び−Y’軸側の各面)にはそれぞれ励振電極120が形成されている。各励振電極120は同形状でありY’軸方向に互いに重なるように形成されている。励振電極120は長軸がZ’軸方向に伸び、短軸がX’軸方向に伸びる長方形状に形成されており、励振電極120からは、水晶片110の+Z’軸側の辺の両端にそれぞれ引出電極121が引き出されている。
従来、水晶振動子の小型化に伴って水晶片の角板化が進んでいたが、電気定数の良化を目的として励振電極の面積を広く取るために励振電極の形状を角型に形成していた。しかし角型の励振電極では屈曲系の副振動と水晶片の端面からの反射波がカップリングし易く、CI値の変動及び増加の原因ともなっていた。これに対して、励振電極が円形に形成される場合には、水晶片の端面からの反射波を抑えることができ、カップリングを防ぐことができるため、CI値の変動及び増加を防ぐことができる。さらに、励振電極が楕円形状に形成される場合には、励振電極の面積を広くして電気定数の良化を図ると共に円形状の励振電極と同様にCI値の変動及び増加を防ぐことができるため好ましい。
また、長軸の長さZAが短軸の長さXAの1.1倍から2.0倍の範囲である場合には、CI値の変動及び増加が抑えられる傾向にあるため好ましい。長軸の長さZAが短軸の長さXAの1.1倍より小さい場合には円形状に近くなるため励振電極の面積を広く取ることができず、長軸の長さZAが短軸の長さXAの2.0倍より大きい場合には円形状の励振電極に見られるようなCI値の変動及び増加を防ぐことができる効果が弱くなると考えられる。
図2(b)は、図2(a)のA−A断面図である。水晶片110の厚さをYAとし、各励振電極120の厚さをYBとする。水晶振動子の発振周波数は水晶片の厚さに反比例するため、厚さYAは水晶振動子100の発振周波数に応じて決められる。また、厚さYBは700Åから2500Åの間に形成されることが好ましく、特に1200Åから1600Åの間の厚さに形成されることが好ましい。励振電極は薄すぎると電極として機能せず主振動を閉じ込めることができなくなり、厚すぎると電極の質量が増すことによりCI値の増大及びCI値の変動を招くことになるため、これらを考慮して最適な範囲に調整される。また、厚さYAと厚さYBとの間には好ましい関係があり、厚さYBが厚さYAの0.03%から0.18%の間の値を取る場合にCI値の変動が少なく、好ましい。
<水晶振動子200a及び水晶振動子200bの構成>
図3(a)は、水晶振動子200aの平面図である。水晶振動子200aは、正方形状の平面を有する水晶片210と、水晶片210の両主面に形成される励振電極120と、各励振電極120から引き出される引出電極221aと、を有している。水晶片110(図2(a)参照)は長方形状に形成されていたが、短辺及び長辺の長さが等しい正方形状に形成されても形状を整えることが容易であり製造コストを低く抑えることができるため好ましい。水晶片210は、Z’軸に平行な1本の対角線211を有しており、励振電極120の長軸が対角線211に沿うように形成されている。励振電極の面積は大きいほど電気定数が安定するため好ましいが、励振電極120が対角線211に沿って形成されることにより、決められた大きさの水晶片210において励振電極120の面積の大きさが大きくなるように形成することができるため好ましい。また、水晶振動子200aでは、引出電極221aが水晶片210の+X’軸側及び−X’軸側の水晶片210の対角線上の角にそれぞれ引き出されている。
図3(a)は、水晶振動子200aの平面図である。水晶振動子200aは、正方形状の平面を有する水晶片210と、水晶片210の両主面に形成される励振電極120と、各励振電極120から引き出される引出電極221aと、を有している。水晶片110(図2(a)参照)は長方形状に形成されていたが、短辺及び長辺の長さが等しい正方形状に形成されても形状を整えることが容易であり製造コストを低く抑えることができるため好ましい。水晶片210は、Z’軸に平行な1本の対角線211を有しており、励振電極120の長軸が対角線211に沿うように形成されている。励振電極の面積は大きいほど電気定数が安定するため好ましいが、励振電極120が対角線211に沿って形成されることにより、決められた大きさの水晶片210において励振電極120の面積の大きさが大きくなるように形成することができるため好ましい。また、水晶振動子200aでは、引出電極221aが水晶片210の+X’軸側及び−X’軸側の水晶片210の対角線上の角にそれぞれ引き出されている。
図3(b)は、水晶振動子200bの平面図である。水晶振動子200bは、正方形状の平面を有する水晶片210と、水晶片210の両主面に形成される励振電極120と、各励振電極120から引き出される引出電極221bと、を有している。引出電極221bは励振電極120の+Z’軸側及び−Z’軸側の水晶片210の角に引き出されている。
図3(a)、(b)いずれの場合も、水晶片の対角線の角部で水晶片を保持しているので、水晶片を安定して保持出来る。ただし、保持位置はこれに限られない。また、図3(a)、(b)の例では水晶片の対角線がZ′軸に平行になり、従って、水晶片の角部がZ′軸やX軸上に位置する例を示したが、支持の影響等を考慮して、水晶片の対角線がZ′軸に対し非平行かつ±10度の範囲の好適な位置関係、すなわち、水晶片の角部がZ′軸やX軸から所定角度ずれた線上に位置する場合もある。
図4(a)は、水晶振動子100aの概略平面図である。水晶振動子100aは、水晶片110aと励振電極120aとを有している。水晶振動子100aにはその他にも引出電極等が形成されるが、図4(a)では、水晶片110aと励振電極120aのみが示されている。励振電極120aは長軸がZ’軸方向に伸びる楕円形状に形成されており、水晶片110aは長辺がZ’軸方向に伸びる長方形状に形成されている。
励振電極の形状は楕円形状が好ましいが、励振電極の長軸がZ’軸方向に伸びる場合にはZ’軸方向に伝わる副振動である屈曲振動を抑えることができ、これによってCI値の上昇を抑えることができるため好ましい。また、励振電極120aの長軸の伸びる方向は、Z’軸から反時計回りの方向の回転の角度をα1、Z’軸から時計回りの方向の回転の角度をα2とすると、α1及びα2が5度の範囲内の方向であれば屈曲振動を抑えることができるという効果を得やすい。すなわち、反時計回りの方向をプラス方向、時計回りの方向をマイナス方向とすると、励振電極の長軸が、Z’軸が伸びる方向に対して±5度の範囲の方向に伸びる場合に好ましい。
図4(b)は、水晶振動子100bの概略平面図である。水晶振動子100bは、水晶片110bと励振電極120bとを有している。水晶振動子100bにはその他にも引出電極等が形成されるが、図5(b)では、水晶片110b及び励振電極120bのみが示されている。励振電極120bは長軸がX’軸方向に伸びる楕円形状に形成されており、水晶片110bは長辺がX’軸方向に伸びる長方形状に形成されている。
励振電極120bのように励振電極の長軸がX’軸方向に伸びる場合には、水晶振動子100bの副振動の端面反射を抑えることができるため、CI値の上昇を抑えることができる。また、水晶片のX′軸に対し励振電極の長軸が−5度から+15度の範囲、すなわち図4(b)においてβ1が−5度、β2が+15度の範囲に伸びる場合にはCI値の上昇を抑えることができる。
なお、図4(a)、(b)の例では水晶片の1つの辺がZ′軸又はX軸に平行になる例を示し、具体的には、図4(a)の例では長方形状の水晶片の1つの長辺がZ′軸に平行な例、図4(b)の例では長方形状の水晶片の1つの短辺がZ′軸に平行な例を示した。しかし、支持の影響等を考慮して、水晶片の1つの辺がZ′軸に対し非平行かつ±10度の範囲の好適な位置関係、すなわち、水晶片の角部がZ′軸やX軸から所定角度ずれた線上に位置する場合もある。
図5(a)は、励振電極320の平面図である。励振電極320は、図4(a)に示される励振電極120aと、図4(b)に示される励振電極120bとを互いの中心を合わせて重ね合わせた形状に形成されている。励振電極120aの長軸の長さをZB、短軸の長さをXB、励振電極120bの長軸の長さをXC、短軸の長さをZC、とすると、図2(a)に示される励振電極120と同様に、励振電極120aの長軸の長さZBは短軸の長さXBの1.1倍から2.0倍の範囲となり、励振電極120bの長軸の長さXCは短軸の長さZCの1.1倍から2.0倍の範囲となるように励振電極320が形成されている。励振電極120aと励振電極120bとの短軸同士及び長軸同士の長さは、同じであっても異なっていても良い。
励振電極120aのように長軸がZ’軸に平行である場合にはZ’軸方向に伝わる副振動である屈曲振動を抑えることができ、励振電極120bのように長軸がX’軸に平行である場合には副振動の端面反射を抑えることができる。励振電極320は、Z’軸方向に長軸が伸びる楕円形状とX’軸方向に長軸が伸びる楕円形状とが合成された形状に形成されることにより、励振電極120aと励振電極120bとの特徴を併せ持っている。
図5(b)は、水晶振動子300aの平面図である。水晶振動子300aは、水晶片310aと、水晶片310aの両主面に形成される励振電極320と、各励振電極320からそれぞれ引き出される引出電極321aと、を有している。図5(b)では、長さZBと長さXCとが同じ長さであり、水晶片310aが正方形の平面を有しており、水晶片310aの各辺がZ’軸又はX’軸に平行となるように形成されている場合の例が示されている。また、引出電極321aは、水晶片310aの対角線上である水晶片310aの+X’軸側の−Z’軸側の角及び−X’軸側の+Z’軸側の角に励振電極320からそれぞれ引き出されている。
水晶振動子300aでは、水晶片310aの各辺が励振電極120a及び励振電極120bの長軸に沿うようにX’軸及びZ’軸に伸びるように形成されることにより、励振電極320の面積を広く形成することができるため好ましい。
図5(c)は、水晶振動子300bの平面図である。水晶振動子300bは、水晶片310bと、水晶片310bの両主面に形成される励振電極320と、各励振電極320からそれぞれ引き出される引出電極321bと、を有している。図5(c)では、長さZBと長さXCとが同じ長さであり、水晶片310bが正方形の平面を有しており、水晶片310bの対角線がZ’軸及びX’軸に平行となるように形成されている。また、引出電極321bは、励振電極320から水晶片310bの+Z’軸側の角及び−Z’軸側の角にそれぞれ引き出されている。
なお、この図5(b)の例では水晶片の1つの辺がZ′軸に平行になる例を示し、図5(c)の例では水晶片の対角線がZ′軸に平行になる例を示したが、支持の影響等を考慮して、水晶片の1つの辺や対角線がZ′軸に対し非平行かつ±10度の範囲の好適な位置にする場合もある。
水晶振動子300bでは、水晶片310bの対角線がZ’軸又はX’軸に平行に形成されている。これにより、励振電極の面積を広く形成することができるため好ましい。
(第2実施形態)
励振電極の周囲に表面が傾いている傾斜部が形成されることによっても、屈曲振動や反射波を抑制することができる。以下に、傾斜部が形成された水晶振動子について説明する。
励振電極の周囲に表面が傾いている傾斜部が形成されることによっても、屈曲振動や反射波を抑制することができる。以下に、傾斜部が形成された水晶振動子について説明する。
<水晶振動子400の構成>
図6(a)は、水晶振動子400の平面図である。水晶振動子400は、水晶片110と、励振電極420と、引出電極121と、を有している。励振電極420は図2(a)に示される励振電極120と同じ楕円形状に形成されており、厚さが一定である中央部420aと中央部420aの周囲に形成され内周側から外周側にかけて厚さが薄くなる傾斜部420bとを有している。図6(a)では、励振電極420の点線の内側が中央部420aであり、点線の外側が傾斜部420bとして示されている。
図6(a)は、水晶振動子400の平面図である。水晶振動子400は、水晶片110と、励振電極420と、引出電極121と、を有している。励振電極420は図2(a)に示される励振電極120と同じ楕円形状に形成されており、厚さが一定である中央部420aと中央部420aの周囲に形成され内周側から外周側にかけて厚さが薄くなる傾斜部420bとを有している。図6(a)では、励振電極420の点線の内側が中央部420aであり、点線の外側が傾斜部420bとして示されている。
図6(b)は、図6(a)のB−B断面図である。励振電極420は、中央部420aの厚さがYBに形成され、傾斜部420bでは内周側から外周側にかけての長さ(傾斜長さ)が長さZDの範囲で厚さが薄くなるように形成されている。励振電極420では、傾斜部420bの長さZDが不要振動の波長の1/2よりも大きい場合に不要振動の発生を抑えCI値を低減することができる。この理由は、水晶片の端面からの反射波等の不要振動が傾斜部において減衰されるためではないかと考えている。
図6(c)は、不要振動の波長と周波数との関係を示したグラフである。図6(c)では、横軸に水晶振動子の周波数(MHz)が示され、縦軸に不要振動の波長(μm)が示されている。また、縦軸の目盛は、50μm間隔で付されている。主振動に伴って発生する不要振動には、屈曲振動、輪郭すべり振動、伸長振動等の様々な振動がある。図6(c)には、一点鎖線で屈曲振動が示され、実線で輪郭すべり振動が示され、点線で伸長振動が示されている。
2回回転水晶振動子では、不要振動のなかで屈曲振動が最もCI値に影響を及ぼすため、屈曲振動を抑えることがCI値の低減のために重要になる。例えば、水晶振動子の発振周波数が20MHzである場合に屈曲振動が162.0μmの波長を有するとすると、長さZDを屈曲振動の波長の半分である81.0μm以上とすれば、屈曲振動の発生を大きく抑えることができる。また、輪郭すべり振動及び伸長振動等の他の不要振動も、それらの波長が屈曲振動の波長が近いため、屈曲振動のための上記傾斜部により抑制できる。
<傾斜長さについて>
Amm角の水晶片に厚さが1400Åであり直径が0.6Ammの励振電極を形成し、20MHzで発振させた場合に、傾斜長さを変えてCI値と温度との関係を測定して求めた結果を以下に示す。
Amm角の水晶片に厚さが1400Åであり直径が0.6Ammの励振電極を形成し、20MHzで発振させた場合に、傾斜長さを変えてCI値と温度との関係を測定して求めた結果を以下に示す。
図7(a)は、傾斜長さが0μmの場合におけるCI値の温度変化が示されたグラフである。横軸には水晶振動子の温度が示され、縦軸にはCI値が示されている。ただし、図7の各図では各実験において目安となる共通な基準のCI値をRと表記し、図7(a)ではRに対し100Ωずつの目盛を付してCIを説明している。図7(a)では、9つの水晶振動子のCI値の温度変化が示されている。図7(a)の各水晶振動子は、励振電極が形成され、傾斜長さが0μmに形成されている。すなわち、図7(a)では傾斜部が形成されていない状態である。
図7(a)では、水晶振動片によってCI値の温度変化の傾向が大きく異なり、CI値が安定していないことが分かる。例えば、2回回転水晶振動子が用いられると考えられる温度である80℃において、最も低いCI値は約(R+50)Ωであり、最も高いCI値は約(R+850)Ωである。すなわち、図7(a)の水晶振動子では、80℃において約800Ωの変動が生じている。
図7(b)は、傾斜長さが50μmの場合におけるCI値の温度変化が示されたグラフである。図7(b)では3つの水晶振動子についてCI値の温度変化が示されており、縦軸には50Ω間隔で目盛が付されている。各水晶振動子の励振電極の傾斜長さは50μmである。図7(b)では、CI値が概ね(R−100)ΩからRΩの範囲内に収まっている。特に2回回転水晶振動子で使用されると考えられる80℃の温度において、最も低いCI値は(R−77.94)Ωであり、最も高いCI値は(R−58.89)Ωである。すなわち、図7(b)の水晶振動子では、80℃において18.05Ωの変動が生じている。これらの結果は、図7(a)に示される水晶振動子と比べた場合に、傾斜部を形成することによりCI値が大きく低下すると共に安定することを示している。
図7(c)は、傾斜長さが55μmの場合におけるCI値の温度変化が示されたグラフである。図7(c)では、7つの水晶振動子についてCI値の温度変化が示されており、縦軸には50Ω間隔で目盛が付されている。図7(c)に示されている各水晶振動子の励振電極の傾斜長さは55μmである。すなわち、図7(b)の水晶振動子とは、傾斜長さが異なっている。図7(c)では、CI値が概ね(R−150)Ωから(R−100)Ωの範囲内に収まっている。特に2回回転水晶振動子で使用されると考えられる80℃の温度において、最も低いCI値は(R−140.11)Ωであり、最も高いCI値は(R−120.23)Ωである。すなわち、図7(c)の水晶振動子では、80℃において19.88Ωの変動が生じている。
図7(c)の水晶振動子は図7(b)の水晶振動子と同様に図7(a)の水晶振動子に比べて傾斜部を形成することによりCI値が大きく低下すると共に安定することを示している。また、図7(c)の水晶振動子は図7(b)の水晶振動子に比べてCI値が全体的に50Ω前後低下しているように見える。この結果は、図7(c)の水晶振動子が図7(b)の水晶振動子よりも傾斜長さが長いことに起因していると考えられる。さらに、傾斜長さが5μm違うだけでCI値が50Ω近く低下したのは、図7(b)及び図7(c)では20MHzでは屈曲振動の波長の1/2である81.0μmよりも傾斜長さが短いため屈曲振動が十分に抑えられておらず、僅かな傾斜長さの違いにより抑えられる屈曲振動が大きく異なってくるためであると考えられる。
図7(d)は、傾斜長さが400μmの場合におけるCI値の温度変化が示されたグラフである。図7(d)では、6つの水晶振動子についてCI値の温度変化が示されており、縦軸には50Ω間隔で目盛が付されている。図7(d)に示されている各水晶振動子は、傾斜長さは400μmである。図7(d)では、CI値が概ね(R−200)Ωから(R−150)Ωの範囲内に収まっている。特に2回回転水晶振動子で使用されると考えられる80℃の温度において、最も低いCI値は(R−201.3)Ωであり、最も高いCI値は(R−189.4)Ωである。すなわち、図7(d)の水晶振動子では、80℃において11.9Ωの変動が生じている。
図7(d)の水晶振動子は、図7(a)から図7(c)の水晶振動子に比べてCI値が低く及びCI値の変動も小さい。これらの結果は、傾斜長さを長く形成したことに起因すると考えられる。また、図7(d)の水晶振動子では、20MHzでは屈曲振動の波長の1/2である81.0μmよりも傾斜長さが長いため、十分に屈曲振動が抑えられていると考えられる。
図7(d)に示されるような水晶振動子は、例えば、金属板からフォトリソグラフィ技術及びウエットエッチング技術により形成される金属製マスクを用いる方法により形成することができる。具体的には、金属板の厚み方向のエッチングと共にサイドエッチングが進む性質を利用して得られるオーバーハング形状のマスク、又は開口寸法が少しずつ小さくなる多数の薄いマスクを積層しこれらをスポット溶接して1枚のマスクとして形成されるマスクである。これらオーバーハング形状のマスク又は多数の薄いマスクを積層したマスクを用いることにより図7(d)の水晶振動子を形成することができる。
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。また、上記の実施形態は様々に組み合わせて実施されても良い。
100、100a、100b、200a、200b、300a、300b、400 … 水晶振動子
110、110a、210、310a、310b … 水晶片
120、120a、120b、320、420 … 励振電極
121、221a、221b、321a、321b … 引出電極
211 … 対角線
420a … 中央部
420b … 傾斜部
XA … 励振電極120の短軸の長さ
XB … 励振電極120aの短軸の長さ
XC … 励振電極120bの長軸の長さ
YA … 水晶片110の厚さ
YB … 励振電極120の厚さ
ZA … 励振電極120の長軸の長さ
ZB … 励振電極120aの長軸の長さ
ZC … 励振電極120bの短軸の長さ
ZD … 励振電極420の内周側から外周側にかけての長さ
110、110a、210、310a、310b … 水晶片
120、120a、120b、320、420 … 励振電極
121、221a、221b、321a、321b … 引出電極
211 … 対角線
420a … 中央部
420b … 傾斜部
XA … 励振電極120の短軸の長さ
XB … 励振電極120aの短軸の長さ
XC … 励振電極120bの長軸の長さ
YA … 水晶片110の厚さ
YB … 励振電極120の厚さ
ZA … 励振電極120の長軸の長さ
ZB … 励振電極120aの長軸の長さ
ZC … 励振電極120bの短軸の長さ
ZD … 励振電極420の内周側から外周側にかけての長さ
Claims (8)
- 水晶の結晶軸であるZ軸を中心にして水晶の結晶軸であるX軸を15度から25度の範囲で回転したX’軸及び前記X’軸を中心にして前記Z軸を33度から35度の範囲で回転したZ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、
前記水晶片の各前記主面に形成される励振電極と、を有し、
各前記励振電極は楕円形状に形成され、前記楕円形状の長軸が、前記X’軸が伸びる方向に対して−5度から+15度の範囲の方向に伸びる水晶振動子。 - 水晶の結晶軸であるZ軸を中心にして水晶の結晶軸であるX軸を15度から25度の範囲で回転したX’軸及び前記X’軸を中心にして前記Z軸を33度から35度の範囲で回転したZ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、
前記水晶片の前記主面に形成される励振電極と、を有し、
各前記励振電極は楕円形状に形成され、前記楕円形状の長軸が、前記Z’軸が伸びる方向に対して±5度の範囲の方向に伸びる水晶振動子。 - 1本の対角線がZ′軸に対し±10°の範囲にある正方形若しくは長方形、又は1つの辺が前記Z′軸に対し±10°の範囲にある正方形若しくは長方形に形成される請求項1又は2に記載の水晶振動子(ただし、正方形、長方形とは、水晶片の角部がR状等である略正方形、略長方形も含む)。
- 前記長軸と前記楕円形状の短軸との比が、1.1:1から2.0:1の範囲である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の水晶振動子。
- 水晶の結晶軸であるZ軸を中心にして水晶の結晶軸であるX軸を15度から25度の範囲で回転したX’軸及び前記X’軸を中心にして前記Z軸を33度から35度の範囲で回転したZ’軸に平行な主面を有する平板状の水晶片と、
前記水晶片の前記主面に形成される励振電極と、を有し、
各前記励振電極は、前記X’軸が伸びる方向に対して−5度から+15度の範囲の方向に長軸が伸びる第1楕円形状と、前記Z’軸が伸びる方向に対して±5度の範囲の方向に長軸が伸びる第2楕円形状と、が合成された形状に形成される水晶振動子。 - 前記第1楕円形状の長軸と短軸との比が、1.1:1から2.0:1の範囲であり、前記第2楕円形状の長軸と短軸との比が、1.1:1から2.0:1の範囲である請求項5に記載の振動子。
- 前記水晶片は所定の周波数で振動し、
前記励振電極は、厚さが一定である中央部と、前記中央部の周囲に形成され内周側から外周側にかけて厚さが薄くなる傾斜部と、を含み、
前記傾斜部の前記内周側と前記外周側との幅が、前記水晶片の不要振動の波長の1/2よりも長い請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の水晶振動子。 - 前記励振電極の厚さは前記水晶片の厚さの0.03%から0.18%の間である請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の水晶振動子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016042267A JP2017158146A (ja) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | 水晶振動子 |
CN201710122373.XA CN107154789A (zh) | 2016-03-04 | 2017-03-02 | 晶体振子 |
US15/447,130 US20170257077A1 (en) | 2016-03-04 | 2017-03-02 | Crystal resonator |
TW106106947A TW201733263A (zh) | 2016-03-04 | 2017-03-03 | 晶體振子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016042267A JP2017158146A (ja) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | 水晶振動子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017158146A true JP2017158146A (ja) | 2017-09-07 |
Family
ID=59724410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016042267A Pending JP2017158146A (ja) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | 水晶振動子 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20170257077A1 (ja) |
JP (1) | JP2017158146A (ja) |
CN (1) | CN107154789A (ja) |
TW (1) | TW201733263A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018120050A1 (de) | 2017-08-18 | 2019-02-21 | Nidec Corporation | Antennen-Array |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5957512A (ja) * | 1982-09-27 | 1984-04-03 | Fujitsu Ltd | 水晶振動子 |
JPS59176918A (ja) * | 1983-03-25 | 1984-10-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水晶振動子 |
JP2002217675A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-08-02 | Toyo Commun Equip Co Ltd | 圧電振動素子の電極構造及び製造装置 |
JP2003273693A (ja) * | 2002-01-08 | 2003-09-26 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子及びそれを用いた圧電フィルタ・デュプレクサ・通信装置 |
JP2004146963A (ja) * | 2002-10-23 | 2004-05-20 | Toyo Commun Equip Co Ltd | 超薄板圧電デバイスとその製造方法 |
JP2007049302A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Toshiba Corp | 薄膜圧電共振器及びその製造方法 |
WO2007026637A1 (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 圧電共振器及び圧電共振器の製造方法 |
JP2007243681A (ja) * | 2006-03-09 | 2007-09-20 | Daishinku Corp | 表面実装型圧電振動デバイス |
WO2009020022A1 (ja) * | 2007-08-03 | 2009-02-12 | Daishinku Corporation | 圧電振動子 |
JP2009100375A (ja) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 2回回転yカット板からなる水晶振動子 |
JP2012205032A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Daishinku Corp | 水晶振動子 |
JP2017079390A (ja) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | セイコーエプソン株式会社 | 振動素子、発振器、電子機器、移動体および基地局 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001211052A (ja) * | 2000-01-26 | 2001-08-03 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子 |
JP2007158486A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Epson Toyocom Corp | 水晶振動素子、水晶振動子、及び水晶発振器 |
TW201238244A (en) * | 2011-02-23 | 2012-09-16 | Nihon Dempa Kogyo Co | GT-cut quartz crystal resonator |
JP6084068B2 (ja) * | 2013-02-28 | 2017-02-22 | 京セラクリスタルデバイス株式会社 | 水晶振動素子 |
JP6338367B2 (ja) * | 2013-12-24 | 2018-06-06 | 日本電波工業株式会社 | 水晶振動子 |
JP6252209B2 (ja) * | 2014-01-31 | 2017-12-27 | 株式会社大真空 | 圧電振動片および当該圧電振動片を用いた圧電デバイス |
JP2016029762A (ja) * | 2014-07-25 | 2016-03-03 | セイコーエプソン株式会社 | 振動素子、振動子、発振器、電子機器、および移動体 |
-
2016
- 2016-03-04 JP JP2016042267A patent/JP2017158146A/ja active Pending
-
2017
- 2017-03-02 US US15/447,130 patent/US20170257077A1/en not_active Abandoned
- 2017-03-02 CN CN201710122373.XA patent/CN107154789A/zh not_active Withdrawn
- 2017-03-03 TW TW106106947A patent/TW201733263A/zh unknown
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5957512A (ja) * | 1982-09-27 | 1984-04-03 | Fujitsu Ltd | 水晶振動子 |
JPS59176918A (ja) * | 1983-03-25 | 1984-10-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水晶振動子 |
JP2002217675A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-08-02 | Toyo Commun Equip Co Ltd | 圧電振動素子の電極構造及び製造装置 |
JP2003273693A (ja) * | 2002-01-08 | 2003-09-26 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子及びそれを用いた圧電フィルタ・デュプレクサ・通信装置 |
JP2004146963A (ja) * | 2002-10-23 | 2004-05-20 | Toyo Commun Equip Co Ltd | 超薄板圧電デバイスとその製造方法 |
JP2007049302A (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Toshiba Corp | 薄膜圧電共振器及びその製造方法 |
WO2007026637A1 (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 圧電共振器及び圧電共振器の製造方法 |
JP2007243681A (ja) * | 2006-03-09 | 2007-09-20 | Daishinku Corp | 表面実装型圧電振動デバイス |
WO2009020022A1 (ja) * | 2007-08-03 | 2009-02-12 | Daishinku Corporation | 圧電振動子 |
JP2009100375A (ja) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 2回回転yカット板からなる水晶振動子 |
JP2012205032A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Daishinku Corp | 水晶振動子 |
JP2017079390A (ja) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | セイコーエプソン株式会社 | 振動素子、発振器、電子機器、移動体および基地局 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018120050A1 (de) | 2017-08-18 | 2019-02-21 | Nidec Corporation | Antennen-Array |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107154789A (zh) | 2017-09-12 |
US20170257077A1 (en) | 2017-09-07 |
TW201733263A (zh) | 2017-09-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5104867B2 (ja) | 圧電振動子 | |
US10263597B2 (en) | Crystal unit | |
JP2017192032A (ja) | 水晶振動子 | |
JP2009065270A (ja) | メサ型振動片およびメサ型振動デバイス | |
JP2009147590A (ja) | 水晶振動子片 | |
US6774747B2 (en) | Surface acoustic wave device | |
TW201526541A (zh) | 晶體振子 | |
JP3096472B2 (ja) | Scカットの水晶振動子 | |
JP2017158146A (ja) | 水晶振動子 | |
JPH04123605A (ja) | 水晶振動子 | |
JP6755108B2 (ja) | 水晶振動子 | |
JP2009094844A (ja) | 水晶振動子片 | |
JP2008206079A (ja) | 輪郭水晶振動片 | |
JP2006311303A (ja) | モード結合型圧電振動子 | |
JP2012165467A (ja) | 振動片、振動デバイス、発振器、及び電子機器 | |
TWI747636B (zh) | 彈性波元件 | |
JP6442130B2 (ja) | Atカット水晶振動素子 | |
JPH07212171A (ja) | 厚みすべり水晶振動子 | |
JP6238639B2 (ja) | 圧電振動子 | |
JP2007104431A (ja) | 圧電振動子 | |
JP6017350B2 (ja) | 水晶振動素子 | |
JP2016208066A (ja) | Atカット水晶片及び水晶振動子 | |
JPH05335877A (ja) | Scカットの水晶振動子 | |
JPH0685598A (ja) | Scカットの水晶振動子 | |
JPH0463567B2 (ja) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181203 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190903 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190924 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20200330 |