JP5272121B2 - 水晶振動子と水晶ユニットと水晶発振器と情報通信機器及びそれらの製造方法 - Google Patents
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本発明の水晶振動子の製造方法の第2の態様は、第1の態様において、前記基本波モード振動の等価直列抵抗R1が、前記2次高調波モード振動の等価直列抵抗R2より小さくなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕に形成された溝の長さ寸法と、前記音叉型屈曲水晶振動子の全長の寸法とを決定する工程を備えている水晶振動子の製造方法である。
本発明の水晶振動子の製造方法の第3の態様は、第1の態様または第2の態様において、前記第1音叉腕の第1側面は前記第2音叉腕の第1側面に対向していて、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕の上面と下面の少なくとも一面の中立線の両側に第1溝と第2溝を形成し、前記第1溝と前記第2溝の各溝は第1外側端部を備えた第1面と第2外側端部を備えた第2面を備え、前記第1溝の第1面は音叉腕の第1側面に対抗して形成され、前記第2溝の第1面は音叉腕の第2側面に対抗して形成され、前記第1溝と前記第2溝の各溝の第2面の第2外側端部は幅方向において第1外側端部と反対の位置にあって、前記第1溝の第2外側端部から前記第2溝の第2外側端部まで測定された音叉腕の幅方向にある距離である部分幅W7が0.05mmより小さくなるように、前記第1溝と前記第2溝の各溝を形成する工程を含む水晶振動子の製造方法である。
本発明の水晶振動子の製造方法の第4の態様は、第1の態様または第2の態様において、前記音叉基部は切り欠き部分と、第1幅S5を備えた第1基部部分と前記第1幅S5より大きい、または等しい第2幅S6を備えた第2基部部分とを備え、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の一端部は前記第1基部部分に接続されていて、前記切り欠き部分を前記第1基部部分と前記第2基部部分の間に形成する工程と、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の間隔W4が、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕の上面と下面の少なくとも一面の中立線を含んで形成された溝の溝幅W2より大きく、または等しくなるように、前記溝と前記各音叉腕を形成する工程と、を含み、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の容量比r1が、前記2次高調波モード振動の容量比r2より小さくなるように、前記音叉型屈曲水晶振動子を形成する工程を備えている水晶振動子の製造方法である。
本発明の水晶振動子の製造方法の第5の態様は、第3の態様において、前記第1溝と前記第2溝の各溝の幅が0.04mmより小さい水晶振動子の製造方法である。
本発明の水晶ユニットの製造方法の第1の態様は、第1の態様〜第5の態様のいずれか1つの態様に記載の水晶振動子の製造方法と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記2次高調波モード振動のフイガーオブメリットM2が30より小さくなるように、前記音叉形状と前記溝と前記電極の寸法を決定する工程と、ケースと蓋を準備する工程と、前記ケースまたは前記蓋の固定部に前記音叉型屈曲水晶振動子を固定する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子が第1発振周波数を備えるように、前記音叉型屈曲水晶振動子の発振周波数を水晶ウエハ内で調整する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子を固定する工程の後に、前記音叉型屈曲水晶振動子が第2発振周波数を備えるように、前記音叉型屈曲水晶振動子の発振周波数を調整する工程と、を含んでいて、前記音叉型屈曲水晶振動子は32.768kHzの基準周波数を備え、前記第1発振周波数は前記基準周波数に対して、周波数偏差が−9000PPM〜+5000PPMの範囲内に、かつ、前記第2発振周波数は前記基準周波数に対して、周波数偏差が−100PPM〜+100PPMの範囲内にある水晶ユニットの製造方法である。
本発明の水晶発振器の製造方法の第1の態様は、第1の態様〜第5の態様のいずれか1つの態様に記載の水晶振動子の製造方法と、あるいは第1の態様に記載の水晶ユニットの製造方法と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記第1電極端子と前記第2電極端子を、増幅器とコンデンサーと抵抗素子とに電気的に接続する工程と、を備えている水晶発振器の製造方法である。
本発明の水晶振動子の第2の態様は、第1の態様において、前記第1音叉腕の第1側面は前記第2音叉腕の第1側面に対向していて、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕に形成された前記溝は、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕の上面と下面の少なくとも一面の中立線の両側に形成された第1溝と第2溝を備え、前記第1溝と前記第2溝の各溝は第1外側端部を備えた第1面と第2外側端部を備えた第2面を備え、前記第1溝の第1面は音叉腕の第1側面に対抗して形成され、前記第2溝の第1面は音叉腕の第2側面に対抗して形成され、前記第1溝と前記第2溝の各溝の第2面の第2外側端部は幅方向において第1外側端部と反対の位置にあって、前記第1溝の第2外側端部から前記第2溝の第2外側端部まで測定された音叉腕の幅方向にある距離である部分幅W7が0.05mmより小さい水晶振動子である。
本発明の水晶ユニットの第1の態様は、第1の態様または第2の態様に記載の水晶振動子とケースと蓋とを備えて水晶ユニットは構成され、前記音叉型屈曲水晶振動子は前記ケースまたは前記蓋の固定部に固定されている水晶ユニットである。
本発明の水晶発振器の第1の態様は、第1の態様または第2の態様に記載の水晶振動子と、あるいは第1の態様に記載の水晶ユニットを備えている水晶発振器である。
本発明の情報通信機器の第1の態様は、第1の態様または第2の態様に記載の水晶振動子と、あるいは第1の態様に記載の水晶ユニットと、あるいは第1の態様に記載の水晶発振器を備えた情報通信機器で、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記第1電極端子と前記第2電極端子が、増幅器とコンデンサーと抵抗素子とに電気的に接続されている情報通信機器である。
(1)音叉形状の屈曲水晶振動子の基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が高調波モード振動のフイガーオブメリットMnより大きい振動子を具えて水晶発振器は構成され、更に、増幅回路の基本波モード振動の負性抵抗の絶対値|−RL1|と基本波モード振動の等価直列抵抗R1との比が増幅回路の高調波モード振動の負性抵抗の絶対値|−RLn|と高調波モード振動の等価直列抵抗Rnとの比より大きくなるように水晶発振器は構成されているので、音叉形状の屈曲水晶振動子を具えて構成された水晶発振器の出力信号が基本波モード振動の周波数で、消費電流の少ない、かつ、高い周波数安定性を有する水晶発振器が得られる。
(2)更に、増幅回路の基本波モード振動の増幅率α1と高調波モード振動の増幅率αnとの比が帰還回路の高調波モード振動の帰還率βnと基本波モード振動の帰還率β1との比より大きく、かつ、基本波モード振動の増幅率α1と基本波モード振動の帰還率β1の積が1より大きくなるように水晶発振器は構成されているので、負荷容量が小さくても、水晶発振器の出力信号は、基本波モード振動の周波数が出力信号として得られると共に、消費電流の少ない、高い時間精度を有する水晶発振器が実現できる。
(3)音叉形状と溝をフォトリソグラフィ法と化学的エッチング法によって形成でき、量産性に優れ、更に1枚の水晶ウエハ上に多数個の振動子を一度にバッチ処理にて形成できるので、安価な水晶振動子が得られる。と同時に、それを具えた安価な水晶ユニットと水晶発振器が実現できる。
(4)基本波モード振動のフイガーオブメリットM1が高調波モード振動のフイガーオブメリットMnより大きい振動子を具えて水晶発振器は構成されるので、出力信号が基本波モード振動の周波数が得られると共に、高い周波数安定性を有する水晶発振器が実現できる。即ち、高い時間精度を有する水晶発振器が実現できる。
9 帰還回路
V1 入力電圧
V2 出力電圧
W2 溝幅
W 音叉腕の腕幅
W1,W3 音叉腕の部分幅
W4 音叉腕の間隔
W7 音叉腕の中立線を含む部分幅
l1 溝の長さ
l2 音叉基部の長さ
l 音叉形状の屈曲水晶振動子の全長
t 音叉腕又は音叉腕と音叉基部の厚み
t1 溝の厚み
Claims (12)
- 音叉基部と前記音叉基部に接続された少なくとも第1音叉腕と第2音叉腕とを備えて構成され、屈曲モードで振動する音叉型屈曲水晶振動子の製造方法で、
前記音叉基部と前記第1音叉腕と前記第2音叉腕とを備えた音叉形状を形成する工程と、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕に溝を、又は前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕と前記音叉基部に溝を形成する工程と、
前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕に形成された溝の面の上に電極を配置する工程と、
前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕の第1側面とその第1側面に対抗する第2側面の各側面に電極を配置する工程と、
前記音叉型屈曲水晶振動子の第1電極端子を形成するために、前記第1音叉腕に形成された溝の面の上に配置された前記電極を、前記第2音叉腕の第1側面と第2側面の各側面に配置された前記電極に接続する工程と、
前記音叉型屈曲水晶振動子の第2電極端子を形成するために、前記第2音叉腕に形成された溝の面の上に配置された前記電極を、前記第1音叉腕の第1側面と第2側面の各側面に配置された前記電極に接続する工程と、を含み、前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動の容量比r 1 、品質係数Q 1 、フイガーオブメリットM1とr 1 /2Q 1 2 で定義 される周波数安定係数S1を備え、かつ、2次高調波モード振動の容量比r 2 、品質係数 Q 2 、フイガーオブメリットM2とr 2 /2Q 2 2 で定義される周波数安定係数S2を備え、M1>M2とS1<S2の関係が得られるように、前記音叉形状と前記溝と前記電極の寸法を決定する工程を備えていることを特徴とする水晶振動子の製造方法。 - 請求項1において、前記基本波モード振動の等価直列抵抗R1が、前記2次高調波モード振動の等価直列抵抗R2より小さくなるように、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕に形成された溝の長さ寸法と、前記音叉型屈曲水晶振動子の全長の寸法とを決定する 工程を備えていることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
- 請求項1または請求項2において、前記第1音叉腕の第1側面は前記第2音叉腕の第1側面に対向していて、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕の上面と下面の少なくとも一面の中立線の両側に第1溝と第2溝を形成し、前記第1溝と前記第2溝の各溝は第1外側端部を備えた第1面と第2外側端部を備えた第2面を備え、前記第1溝の第1面は音叉腕の第1側面に対抗して形成され、前記第2溝の第1面は音叉腕の第2側面に対抗して形成され、前記第1溝と前記第2溝の各溝の第2面の第2外側端部は幅方向において第1外側端部と反対の位置にあって、前記第1溝の第2外側端部から前記第2溝の第2外側端部まで測定された音叉腕の幅方向にある距離である部分幅W7が0.05mmより小さくなるように、前記第1溝と前記第2溝の各溝を形成する工程を含むことを特徴とする水晶振動子の製造方法。
- 請求項1または請求項2において、前記音叉基部は切り欠き部分と、第1幅S5を備えた第1基部部分と前記第1幅S5より大きい、または等しい第2幅S6を備えた第2基部部分とを備え、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各々の一端部は前記第1基部部分に接続されていて、前記切り欠き部分を前記第1基部部分と前記第2基部部分の間に形成する工程と、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の間隔W4が、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕の上面と下面の少なくとも一面の中立線を含んで形成された溝の溝幅W2より大きく、または等しくなるように、前記溝と前記各音叉腕を形成する工程と、を含み、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記基本波モード振動の容量比r1が、前記2次高調波モード振動の容量比r2より小さくなるように、前記音叉型屈曲水晶振動子を形成する工程を備 えていることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
- 請求項3において、前記第1溝と前記第2溝の各溝の幅が0.04mmより小さいことを特徴とする水晶振動子の製造方法。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の水晶振動子の製造方法と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記2次高調波モード振動のフィガーオブメリットM2が30より小さくなるように、前記音叉形状と前記溝と前記電極の寸法を決定する工程と、ケースと蓋を準備する工程と、前記ケースまたは前記蓋の固定部に前記音叉型屈曲水晶振動子を固定する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子が第1発振周波数を備えるように、前記音叉型屈曲水晶振動子の発振周波数を水晶ウエハ内で調整する工程と、前記音叉型屈曲水晶振動子を固定する工程の後に、前記音叉型屈曲水晶振動子が第2発振周波数を備えるように、前記音叉型屈曲水晶振動子の発振周波数を調整する工程と、を含んでいて、前記音叉型屈曲水晶振動子は32.768kHzの基準周波数を備え、前記第1発振周波数は前記基準周波数に対して、周波数偏差が−9000PPM〜+5000PPMの範囲内に、かつ、前記第2発振周波数は前記基準周波数に対して、周波数偏差が−100PPM〜+100PPMの範囲内にあることを特徴とする水晶ユニットの製造方法。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の水晶振動子の製造方法と、あるいは請求項6に記載の水晶ユニットの製造方法と、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記第1電極端子と前記第2電極端子を、増幅器とコンデンサーと抵抗素子とに電気的に接続する工程と、を備えていることを特徴とする水晶発振器の製造方法。
- 音叉基部と前記音叉基部に接続された少なくとも第1音叉腕と第2音叉腕とを備えて構成され、屈曲モードで振動する音叉形状の音叉型屈曲水晶振動子で、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕に溝が、又は前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕と前記音叉基部に溝が形成され、前記音叉型屈曲水晶振動子の第1電極端子を形成するために、前記第1音叉腕に形成された溝の面の上に配置された電極が、前記第2音叉腕の第1側面とその第1側面に対抗する第2側面の各側面に配置された電極に接続され、かつ、前記音叉型屈曲水晶振動子の第2電極端子を形成するために、前記第2音叉腕に形成された溝の面の上に配置された電極が、前記第1音叉腕の第1側面とその第1側面に対抗する第2側面の各側面に配置された電極に接続され、前記音叉型屈曲水晶振動子は基本波モード振動の容量比r 1 、品質係数Q 1 、フイガーオブメリットM1とr 1 /2Q 1 2 で定義される周波数安定係数S1を備え、かつ、2次高調波モード振動の容量比r 2 、品質係数Q 2 、フイガーオブメリットM2とr 2 /2Q 2 2 で定義される周波数安定係数S2を備え、M1>M2とS1<S2の関係が得られるように、前記音叉形状と前記溝と前記電極の寸法が決定されていることを特徴とする水晶振動子。
- 請求項8において、前記第1音叉腕の第1側面は前記第2音叉腕の第1側面に対向していて、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕に形成された前記溝は、前記第1音叉腕と前記第2音叉腕の各音叉腕の上面と下面の少なくとも一面の中立線の両側に形成された第1溝と第2溝を備え、前記第1溝と前記第2溝の各溝は第1外側端部を備えた第1面と第2外側端部を備えた第2面を備え、前記第1溝の第1面は音叉腕の第1側面に対抗して形成され、前記第2溝の第1面は音叉腕の第2側面に対抗して形成され、前記第1溝と前記第2溝の各溝の第2面の第2外側端部は幅方向において第1外側端部と反対の位置にあって、前記第1溝の第2外側端部から前記第2溝の第2外側端部まで測定された音叉腕の幅方向にある距離である部分幅W7が0.05mmより小さいことを特徴とする水晶振動子。
- 請求項8または請求項9に記載の水晶振動子とケースと蓋とを備えて水晶ユニットは構成され、前記音叉型屈曲水晶振動子は前記ケースまたは前記蓋の固定部に固定されていることを特徴とする水晶ユニット。
- 請求項8または請求項9に記載の水晶振動子と、あるいは請求項10に記載の水晶ユニットを備えていることを特徴とする水晶発振器。
- 請求項8または請求項9に記載の水晶振動子と、あるいは請求項10に記載の水晶ユニットと、あるいは請求項11に記載の水晶発振器を備えた情報通信機器で、前記音叉型屈曲水晶振動子の前記第1電極端子と前記第2電極端子が、増幅器とコンデンサーと抵抗素子とに電気的に接続されていることを特徴とする情報通信機器。
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