JP5168464B2 - 振動片、振動子、及び発振器 - Google Patents

Description

本発明は、振動片と、これを搭載した振動子、並びに発振器に係り、特に水晶素板に凸状の肉厚部を有する、いわゆるメサ構造の振動片、及び当該振動片を搭載した振動子、並びに発振器に関する。

広い温度帯域で安定した発振を担うことができる周波数温度特性が良好な振動子として、水晶振動片を利用したものが知られている。特に、ＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶素板を用いた水晶振動片は、周波数温度特性が３次曲線を示すとともに、量産性にも優れていることより、多くの電子機器の発振源として採用されている。

このようなＡＴカットの水晶素板を用いた水晶振動片では従来より、主振動である厚み滑り振動に対し、不要振動である屈曲振動や、幅滑り振動（輪郭滑り振動）等が重畳し、振動特性を劣化させるといった問題があった。
このような問題を解決するための手段は種々提案されており、例えば水晶素板の外形形状により不要振動の抑圧を図るものや（特許文献１、２参照）、水晶素板の表面形状により不要振動の抑圧を図るもの（特許文献３参照）等を挙げる事ができる。

また、ＡＴカットの水晶素板を用いた水晶振動片では、上述した不要振動の抑圧とともに挙げられる課題として、等価直列容量Ｃ１と等価並列容量Ｃ０との比（Ｃ０／Ｃ１）で表される容量比γの低下、すなわち周波数感度の向上がある。このような課題を解決する手段としては、主に励振電極の形状による解決が図られ、例えば特許文献１、３、４に開示されている技術などを挙げることができる。
特開平９−２４６９０３号公報 特開２００６−３４００２３号公報 特開２００７−１８９４３１号公報 特開２００６−２４６５４２号公報

上記特許文献に開示されている水晶振動片の殆どは、代表的な不要振動の中の１つ、あるいは感度の改善のみを図るといったものであり、簡易な構成で不要振動の抑圧と感度の改善、または複数種類の不要振動を総合的に抑圧するといった構成のものは少ない。

そこで、本発明では、簡易な構成で、不要振動の抑圧と感度の改善、または複数種類の不要振動を総合的に抑圧することのできる振動片を提供することを目的とする。また、本発明の目的としては、前記振動片を搭載した振動子、または発振器を提供することにもある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

第１の形態の振動片は、厚み滑り振動を主振動として励振し平面視で外形が矩形の振動部、及び平面視で前記振動部の外縁に沿って配置され前記振動部よりも厚みが薄く、平面視で外形が楕円形状である周縁部を含む水晶素板と、前記振動部の主面に設けられている励振電極と、を含み、前記励振電極の縁辺のうち、前記主振動の振動方向に沿った前記励振電極の中心軸と交差する少なくとも一部の縁辺であり、交差する部分を含む当該縁辺が平面視で円弧状であり、前記主振動の振動方向と交差する前記振動部の二つの端部の間の距離をＬ２とし、前記水晶素板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、（ｎ＋１／２）λ−０．１λ≦Ｌ２≦（ｎ＋１／２）λ＋０．１λ、但し、ｎは正の整数、を満足することを特徴とする。
第２の形態の振動片は、第１の形態において、前記励振電極の外形が平面視で楕円形状であることを特徴とする。
第３の形態の振動片は、第１または第２の形態において、前記水晶素板がＡＴカット水晶であることを特徴とする。
第４の形態の振動子は、第１乃至第３のいずれか１の形態の振動片と、前記振動片が搭載されているパッケージと、を備えていることを特徴とする。
第５の形態の振動子は、第４の形態において、前記パッケージは、真空中及び不活性ガス雰囲気中の何れかで気密封止されていることを特徴とする。
第６の形態の発振器は、第４又は第５の形態の振動子と、当該振動子に搭載されている発振回路と、を備えているにことを特徴とする。
第７の形態の発振器は、第１乃至第３のいずれか１の形態の振動片と、発振回路と、前記振動片及び前記発振回路が搭載されているパッケージと、を備えているにことを特徴とする。
［適用例１］肉厚の振動部と肉薄の周縁部とを有するバイメサ型の水晶振動片であって、振動部の外形形状を矩形とすると共に、前記励振電極と周縁部のうちの少なくとも一方を構成する縁辺のうち、少なくとも長手方向に沿った中心軸と交差する縁辺であり、交差する部分を含む当該縁辺を円弧状に形成し、厚み滑り振動と共に励起される屈曲振動の波長をλとした場合に、前記振動部における長手方向の寸法Ｌ２を

で示すことのできる寸法としたことを特徴とする水晶振動片。
このような構成とすることで、振動部により不要振動である屈曲振動の抑圧を図ることができる。また、励振電極の縁辺を円弧状とした場合には感度の向上を図ることができ、周縁部の縁辺を円弧状とした場合には輪郭滑り振動の抑圧を図ることができる。よって、不要振動の抑圧と感度の改善、または複数種類の不要振動を総合的に抑圧することを実現することができる。
さらに、メサ型の水晶振動片では、周波数感度の向上を図るためには、励振電極の形状を振動エネルギーが集中する範囲（振動分布）に沿ったものとすることが望ましく、振動分布は、振動部の形状が理想的な形状に近いほどその範囲が明確となるという発想より、励振電極を楕円形状とする場合には振動部のも楕円形状としていた。また、振動エネルギーを閉じ込めるという面から、振動部を矩形とした場合に、水晶振動片の外形寸法を定める周縁部の形状に円弧部を持たせるという発想自体が存在しなかった。よって、上記構成では、これら従来の発想を覆すことで、簡易な構成で不要振動の抑圧と感度の改善、または複数種類の不要振動を総合的に抑圧することのできる水晶振動片を提供することが可能となる。

［適用例２］適用例１に記載の水晶振動片であって、前記励振電極における前記縁辺を円弧状に形成したことを特徴とする水晶振動片。
このような特徴を有する水晶振動片であれば、矩形状の励振電極に比べて、励振電極の形状が振動分布の形状に近づくため、感度の向上を図ることができる。よって、不要振動の抑圧と感度の向上の双方を実現することができる。

［適用例３］適用例１に記載の水晶振動片であって、前記励振電極の外形形状を楕円形状としたことを特徴とする水晶振動片。
このような特徴を有する水晶振動片であれば、励振電極の形状が振動分布の形状に沿うこととなるため、感度の向上を図ることができる。よって、不要振動の抑圧と感度の向上の双方を実現することができる。

［適用例４］適用例１乃至適用例３のいずれかに記載の水晶振動片であって、前記周縁部における前記縁辺を円弧状に形成したことを特徴とする水晶振動片。
このような特徴を有する水晶振動片であれば、周縁部の長手方向縁辺が円弧状となることより、不要振動である輪郭滑り振動の抑圧を図ることができる。また、励振電極における縁辺を円弧状に形成した場合、または励振電極を楕円状に形成した場合には、感度の向上も図ることができる。よって、この場合には、複数種類の不要振動の抑圧と感度の改善との双方を実現することができる。

［適用例５］適用例１乃至適用例３のいずれかに記載の水晶振動片であって、前記周縁部の外形形状を楕円形状としたことを特徴とする水晶振動片。
このような特徴を有する水晶振動片であれば、周縁部の外形形状を楕円状に形成されていることより、不要振動である輪郭滑り振動の抑圧を図ることができる。また、励振電極における縁辺を円弧状に形成した場合、または励振電極を楕円状に形成した場合には、感度の向上も図ることができる。よって、この場合には、複数種類の不要振動の抑圧と感度の改善との双方を実現することができる。

［適用例６］適用例１乃至適用例５のいずれかに記載の水晶振動片をパッケージに搭載したことを特徴とする水晶振動子。
このような特徴を有する水晶振動子であれば、上記いずれかの適用例に記載した水晶振動片の効果を奏することのできる水晶振動子とすることができる。例えば、周波数感度の向上を図った水晶振動片を搭載した場合には、温度変化に対する周波数調整幅を広くとることが可能となる。また、屈曲振動と輪郭滑り振動といった複数の不要振動を総合的に抑圧可能な水晶振動子を搭載した場合には、主振動に重畳する不要振動が少なく、スプリアスを小さくすることができる。

［適用例７］適用例６に記載の水晶振動子に対して発振回路を搭載したことを特徴とする水晶発振器。
このような特徴を有する水晶発振器であれば、上記適用例に示した水晶振動子の効果を奏することができる。例えば、周波数感度の向上を図った水晶振動片を搭載した水晶振動子では、温度変化に対する発振周波数の調整幅が増加する。したがって、温度補償回路を有する水晶発振器とした場合には、設計の余裕度が増すこととなる。

［適用例８］適用例１乃至適用例５のいずれかに記載の水晶振動片と、発振回路とを単一のパッケージに搭載したことを特徴とする水晶発振器。
このような特徴を有する水晶発振器であれば、上記適用例７に記載の水晶発振器と同様な効果を得ることができる。

以下、本発明の振動片、振動子、および発振器に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１を参照して、本発明の振動片に関連する第１の実施形態について説明する。なお、図１は水晶振動片の平面構成を示す図である。

本実施形態に係る水晶振動片１０は、水晶素板１２と、当該水晶素板１２の表裏面に形成された電極とより成る。
本実施形態における水晶素板１２は、ＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出されたものを用いている。ＡＴカットとは、水晶の結晶軸であるＸ軸とＺ軸とを含む平面（Ｙ面）をＸ軸回りにＺ軸から反時計方向に約３５度１５分回転させて得られる主面（Ｘ軸とＺ´軸とを含む主面）を有するように切り出された水晶素板１２である。このような構成の水晶素板１２では、水晶素板１２の長手方向をＸ軸、短手方向をＺ´軸、さらに厚さ方向をＹ´軸と定めることができる。

また、実施形態に係る水晶素板１２は、肉厚に構成された振動部１４と、当該振動部１４の周囲に配置される肉薄の周縁部１６とより構成されるいわゆるメサ型構造を成す。なお、振動部１４、周縁部１６それぞれの具体的形状は、それぞれ矩形状を成すように形成されている。

また、水晶素板１２の表裏面に形成される電極は、励振電極２０と接続電極２４、及び引出し電極２２とより成る。前記励振電極２０は、振動部１４に配設され、電圧を印加されることにより水晶素板１２に歪みを生じさせ、振動を励起させる役割を担う。本実施形態に係る励振電極２０は、その形状を楕円とし、振動部１４の中心に前記楕円の中心を合致させて配設される。厚み滑り振動の振動分布、すなわち振動エネルギーの集中する範囲は略楕円形状であり、振動部１４の中心に位置する。このため、励振電極２０の外形形状を振動分布に沿った形状とすることで、実際の振動に寄与しない面積が無くなる（少なくなる）。よって、等価並列容量Ｃ０／等価直列容量Ｃ１で表される容量比γを小さくすることができる。ここで、周波数感度は、負荷容量変化の増加分に対する周波数変化の増加分として定義され、容量比γに依存している。そして、周波数感度は、等価直列容量Ｃ１に比例し、容量比γに反比例しているため、容量比γを小さくすることで、周波数感度を向上させることができる。周波数感度を向上させた場合、負荷容量に対する周波数変化の幅を大きくすることができる。なお、等価並列容量Ｃ０は励振電極２０の面積の増減に依存し、等価直列容量Ｃ１は実際に振動に寄与している励振電極２０の面積に依存する。また、コルピッツ発振回路を用いて発振させる場合が多いメサ型水晶振動片では、メサ型水晶振動片の誘導性領域を使用する。ところが、メサ型水晶振動片が誘導性となる周波数範囲は、共振周波数に対して極めて狭く、容量比γによってほぼ決まる。このため、容量比γの大きいメサ型振動片は、極めて狭い周波数範囲の中でインダクタンスが急激に変わるので、発振させ難くなってしまう。これに対し、容量比γの小さいメサ型振動片では、周波数範囲が広がるので、インダクタンスが穏やかに変わり、発振させ易いといった特徴を持つ。

前記接続電極２４は、水晶振動片１０を基板等（例えば詳細を後述するパッケージベース３６）へ実装する際の接合部となる電極であり、接続電極２４を介して前記励振電極２０への電圧、および前記励振電極２０により励起された信号の授受が行われる。本実施形態の場合、周縁部１６であって、Ｘ軸と直交する端部（縁辺）に沿って配設される。

前記引出し電極２２は、励振電極２０と接続電極２４とを電気的に接続するための電極であり、肉厚の振動部１４から肉薄の周縁部１６にかけての段差を跨いで配設される。

上記のような構成要素を有する水晶振動片１０では、不要振動として屈曲振動が生ずる。屈曲振動の波長λは、水晶振動片１０における振動部１４の板厚ｔにより定まり、周波数ｆはｆ＝１．６７ｔで表すことができる。また、電極の影響による周波数低下量を考慮した場合には、波長λと周波数ｆとの関係は、数式１で示すことができる。

また、上記のような構成の水晶振動片１０の場合、水晶振動片１０の板厚ｔに対して、水晶振動片１０の長辺寸法Ｌ１の値が十分に大きいとき（例えば数式２を満足するとき）、次のような関係を満たす事で、屈曲振動の抑圧効果を奏することができる。具体的には、振動部１４の長辺寸法、すなわちＸ軸に沿った方向の寸法Ｌ２と、屈曲振動の波長λとの関係であり、この両者の間に数式３の関係が成り立つようにすることで、厚み滑り振動と共に励起される屈曲振動の腹の部分に、Ｘ軸方向における振動部１４の端部（縁辺）を位置付けることが可能となる。そして、振動部１４の縁辺を屈曲振動の腹の部分に位置付けることにより、屈曲振動を抑圧する効果を得ることができる。

ここで、数式３は、Ｘ軸方向における振動部の中心を基準として、＋Ｘ軸方向、−Ｘ軸方向についてのそれぞれの寸法を示すものであり、Ｌ２全体の寸法については、数式３を変換することで、

と示すことができる。

本実施形態に係る水晶振動片１０は、振動部１４を矩形とし、＋Ｘ軸方向、−Ｘ軸方向における端部を屈曲振動の伝播方向と直交する直線として構成している。このため、振動部１４全体で屈曲振動の抑圧効果を奏することができる。なお、数式４で付加した公差±０．１λについては、公差範囲内であれば、屈曲振動のエネルギーを主振動である厚み滑り振動のエネルギーの５％未満に抑圧することができるため、同様な効果を奏するものとして付加したものである。

また、実施形態において望ましくは、振動部１４と周縁部１６との間の段差部の寸法Δｔを振動部１４の板厚ｔの３０％以下に定めると良い。Δｔの値が板厚ｔの値の３０％を超えてしまうと、水晶素板１２における長辺寸法の実行長が短くなり、ＣＩ値が増大することとなるからである。

上記のような構成の水晶振動片１０によれば、励振電極２０の形状を楕円としたことにより周波数感度の向上を図ることができると共に、振動部１４の形状、寸法を上記のように定めたことにより不要振動（屈曲振動）の抑圧も可能となる。よって、水晶振動子とした場合には、発振周波数の調整範囲を広くとることが可能となる。

次に、図３を参照して、本実施形態に係る水晶振動片の応用形態について説明する。本形態に係る水晶振動片と上記実施形態に係る水晶振動片との相違点は、励振電極の形状にある。したがって、その構成、機能を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して詳細な説明は省略することとする。

本形態に係る水晶振動片１０における励振電極２０は、Ｘ軸または水晶振動片１０の長手方向に沿った中心軸（不図示）に交差する辺の少なくとも１辺に、凸状の円弧部Ｒ１を備えたことを特徴とする。上記実施形態では励振電極２０は楕円形状とすることで、等価並列容量Ｃ０の上昇を抑え、周波数感度の向上を図っていたが、周波数感度の向上を図るという面では、励振電極２０の形状を完全な楕円とする必要性は無く、Ｃ０／Ｃ１で表される容量比γを小さくしてやれば良い。

そして、振動部１４における振動分布は楕円形状であり、実際に振動に寄与する励振電極２０の形状も楕円形状である。このため、容量比γを小さくするためには、通常は振動部１４の外形形状に合わせて矩形に形成される励振電極２０の角部をカットし、励振電極２０の形状を振動分布の形状に近似させることで、容量比γを減少させることができ、従来に比べて周波数感度の向上を図ることができる。

したがって、周波数感度を向上させる観点からは、図３において＋Ｘ軸側における励振電極２０の端部に残した角部は、図４に示すように円弧状にカットし、円弧部Ｒ２を構成しても良い。

次に、図５を参照して、本発明の振動片に関連する第２の実施形態について説明する。
本実施形態に係る水晶振動片における構成要素のほとんどは上述した第１の実施形態に係る水晶振動片と同様である。よって、その機能を同一とする箇所には、図１に付した符号に１００を足した符号を付して詳細な説明は省略することとする。

本実施形態に係る水晶振動片１１０と第１の実施形態に係る水晶振動片１０との相違点は、水晶素板１１２における周縁部１１６の外形形状と、励振電極１２０の外形形状の違いにある。
具体的には、本実施形態に係る水晶振動片１１０は、周縁部１１６を楕円形状としている。周縁部１１６の外形形状を楕円形状とすることにより、厚み滑り振動を主振動とした場合に不要振動の１つとなる輪郭滑り振動を抑圧するという効果を得ることができる。また、本実施形態に係る水晶振動片１１０は、励振電極１２０の形状を矩形としている。この場合、図６に示す励振電極１２０の長辺寸法Ｌ３は、振動部１１４の長辺寸法Ｌ２と不要振動の１つである屈曲振動の波長λとの関係において、数式５が成り立つように定めることが望ましい。

なお、上記関係を成立させる上で、励振電極１２０における長辺方向中心部と、振動部１１４における長辺方向中心部とを一致させる必要がある。振動部１１４の寸法と励振電極１２０の寸法との間に、上記のような関係を成立させることで、振動部１１４におけるＸ軸方向端部と励振電極１２０におけるＸ軸方向端部との双方に、半波長ズレた屈曲振動の腹が位置することとなり、屈曲振動の抑圧効果を高めることができる。また、数式５で付加した公差±０．０５λについては、公差範囲内であれば、屈曲振動のエネルギーを主振動である厚み滑り振動のエネルギーの５％未満に抑圧することができるため、同様な効果をそうするものとして付加したものである。

ここで、水晶振動片１１０を構成する周縁部１１６、並びに励振電極１２０以外の構成については、上記第１の実施形態に係る水晶振動片１０と同様である。すなわち、振動部１１４および励振電極１２０の外形形状を互いに矩形とし、Ｘ軸方向における両端部が、それぞれ屈曲振動の腹の位置となるように寸法を定めれば良い。また、接続電極１２４は、＋Ｘ軸方向における端部寄りに配設し、引出し電極１２２は、励振電極１２０と接続電極１２４とをそれぞれ電気的に接続可能であれば良い。

このような構成の水晶振動片１１０では、周縁部１１６の外形形状を楕円形状としたことにより、不要振動の１つである輪郭滑り振動を抑圧することが可能となる。また、振動部１１４、並びに励振電極１２０の外形形状を矩形に形成したことにより、不要振動の１つである屈曲振動を抑圧することが可能となる。したがって、本実施形態に係る水晶振動片１１０によれば、複数種類の不要振動を総合的に抑圧することが可能となる。

次に、図７を参照して、本実施形態に係る水晶振動片の応用形態について説明する。本形態に係る水晶振動片と上記実施形態に係る水晶振動片との相違点は、周縁部の外形形状にある。したがって、その構成、機能を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して詳細な説明は省略することとする。

本形態に係る水晶振動片１１０における周縁部１１６は、Ｘ軸に交差する辺の少なくとも１辺に、凸状の円弧部Ｒ３を備えたことを特徴とする。上記実施形態では周縁部１１６を楕円とすることで、不要振動である輪郭滑り振動の抑圧を図っていた。しかし、輪郭滑り振動の抑圧を図る上では、周縁部１１６の形状を完全な楕円とする必要性は無い。
効果の多寡はあるが、輪郭滑り振動は、少なくともＸ軸と交差する縁辺の１つが直線から外れていれば抑圧することができるからである。

次に、図８を参照して、本発明の振動片に係る実施形態について説明する。本実施形態に係る水晶振動片における構成要素のほとんどは上述した第１の関連実施形態、第２の関連実施形態に係る水晶振動片と同様である。よって、その機能を同一とする箇所には、図１に付した符号に２００を足した符号を付して詳細な説明は省略することとする。

本実施形態に係る水晶振動片２１０は、上記第１の関連実施形態に係る水晶振動片１０の特徴的構成と、上記第２の関連実施形態に係る水晶振動片１１０の特徴的構成とを併せ持つ点を特徴としている。
具体的には、振動部２１４の外形形状を矩形とし、励振電極２２０と周縁部２１６の外形形状をそれぞれ楕円形状としたことを特徴としている。ここで、振動部２１４の形成条件は、上述した第１の関連実施形態に係る水晶振動片１０と同様である。また、振動部２１４と励振電極２２０との関係も、第１の関連実施形態に係る水晶振動片１０と同様である。一方、周縁部２１６の形成条件は、第２の関連実施形態に係る水晶振動片１１０と同様である。

このような特徴を有する水晶振動片２１０では、励振電極２２０の形状により周波数感度の向上を図ることができる。また、振動部２１４の形状、寸法により、不要振動の１つである屈曲振動の抑圧ができる。さらに、周縁部２１６の形状により、不要振動の１つである輪郭滑り振動の抑圧ができる。よって、周波数感度の向上を図りつつ、スプリアスの低減も図ることができる。

次に、図９を参照して、本実施形態に係る水晶振動片に関連する第１の応用形態について説明する。本形態に係る水晶振動片と上記実施形態に係る水晶振動片との相違点は、励振電極の形状にある。したがって、その構成、機能を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して詳細な説明は省略することとする。

本形態に係る水晶振動片２１０における励振電極２２０は、Ｘ軸に交差する辺の少なくとも１辺に、凸状の円弧部Ｒ１を備えたことを特徴とする。上記実施形態では励振電極は楕円とすることで、周波数感度の向上を図っていたが、周波数感度の向上を図る上では、励振電極２２０の形状を完全な楕円とする必要性は無いからである。

振動部２１４における振動エネルギーの集中は、楕円状に生ずるため、励振電極２２０の角部をカットし、当該形状に近似させることで、容量の増加を防ぐことができ、周波数感度の向上を図ることができる。

次に、図１０を参照して、本実施形態に係る水晶振動片に関連する第２の応用形態について説明する。本形態に係る水晶振動片と上記実施形態に係る水晶振動片との相違点は、周縁部の外形形状にある。したがって、その構成、機能を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して詳細な説明は省略することとする。

本形態に係る水晶振動片２１０における周縁部２１６は、Ｘ軸に交差する辺の少なくとも１辺に、凸状の円弧部Ｒ３を備えたことを特徴とする。上記実施形態では周縁部２１６を楕円とすることで、不要振動である輪郭滑り振動の抑圧を図っていた。しかし、輪郭滑り振動の抑圧を図る上では、周縁部２１６の形状を完全な楕円とする必要性は無い。
効果の大小はあるが、輪郭滑り振動は、少なくともＸ軸と交差する縁辺の１つが直線から外れていれば抑圧することができるからである。

次に、図１１を参照して、本実施形態に係る水晶振動片の応用形態について説明する。本形態に係る水晶振動片は、上記関連する第１、第２の応用形態において相違点とした部分を組み合わせたものである。このような形態の水晶振動片であっても、上記実施形態と同様な効果を奏することができるため、本実施形態の一部とみなすことができる。

次に、図１２を参照して本発明の振動子に係る実施の形態について説明する。
本実施形態に係る水晶振動子３０は、水晶振動片と、パッケージとから構成されている。前記水晶振動片は、上述した各実施形態に係る水晶振動片（例えば水晶振動片１０）であれば良い。また、パッケージ３２の構成は、特に限定されるものでは無いが、例えば次のような構成のものであれば良い。すなわち、前記パッケージ３２は、パッケージベース３６とリッド３４とより構成されるものであれば良い。ここで、パッケージベース３６は、水晶振動片１０を収容するためのキャビティを有する箱体であり、セラミックス等の絶縁材料により構成されると良い。パッケージベース３６の内部底面には、上記水晶振動片１０における接続電極２４を実装するための内部実装端子３８が形成されている。また、パッケージベース３６の外部底面には、外部実装端子４０が設けられ、内部実装端子３８と電気的に接続されている。

前記リッド３４は、パッケージベース３６における上部開口部を封止するための蓋体である。リッド３４としては、コバールなどの合金により構成される金属リッドの他、ソーダガラスなどの絶縁材料により構成されるガラスリッドなどを挙げることができる。

このような構成の水晶振動子３０では、パッケージベース３６に対して水晶振動片１０を実装する際、導電性接着剤４２を用いる。なお、導電性接着剤４２とは、硬化型の樹脂バインダーに銀などの導電性を有する金属フィラーを混入したものである。

そして、水晶振動片１０は、パッケージベース３６に実装される際、＋Ｘ軸側が固定端となり、−Ｘ軸側が自由端となるように片持ち支持されることとなる。すなわち、パッケージベース３６における内部実装端子３８に対して導電性接着剤４２を塗布し、当該導電性接着剤４２を介して水晶振動片１０が実装される。

パッケージベース３６に対して水晶振動片１０が実装された後、パッケージベース３６の上部開口部にリッド３４を接合し、パッケージ３２を封止する。パッケージ３２の封止は、真空雰囲気中、あるいは不活性ガス雰囲気中において行うことが望ましい。

このような構成の水晶振動子３０であれば、上記いずれかの実施形態に記載した水晶振動片の効果を奏することのできる水晶振動子とすることができる。例えば、第１、第３の実施形態のように、周波数感度の向上を図った水晶振動片１０，２１０を搭載した場合には、温度変化に対する周波数調整幅を広くとることが可能となる。また、第２、第３の実施形態のように、屈曲振動と輪郭滑り振動といった複数種類の不要振動を総合的に抑圧可能な水晶振動片１１０，２１０を搭載した場合には、主振動に重畳する不要振動を少なくすることができ、相対減衰量としてのスプリアスの値が小さい水晶振動子とすることができる。

次に、本発明の発振器に係る実施の形態について図面を参照して説明する。まず、図１３を参照して、第１の実施形態に係る水晶発振器について説明する。
本実施形態に係る水晶発振器５０は、図１２に示した水晶振動子３０をそのまま利用するもので、水晶振動子３０の他、リードフレーム５６と発振回路を備えたＩＣ５２を有する。
具体的な構成としては、リードフレーム５６の上面にＩＣ５２を、リードフレーム５６の下面に反転させた水晶振動子３０をそれぞれ搭載し、リードフレーム５６とＩＣ５２、ＩＣ５２と水晶振動子３０をそれぞれ金属ワイヤ６４で接続するというものである。

また、上記のような構成の水晶発振器５０は、ＩＣ５２の能動面に設けられた端子５４や金属ワイヤ６４、および接続部の保護のため、外部実装端子を担うリードフレーム５６の先端を除く全体を樹脂５８によりモールドすることで構成される。

このような特徴を有する水晶発振器５０であれば、上述した水晶振動子３０の効果を奏することができる。例えば、周波数感度の向上を図った水晶振動片１０を搭載した水晶振動子３０では、温度変化に対する発振周波数の調整幅が増加する。したがって、温度補償回路を有する水晶発振器とした場合には、その設計の余裕度が向上することとなる。

次に、図１４を参照して第２の実施形態に係る発振器について説明する。
本実施形態に係る水晶発振器５０ａは、図１４に示すように、１つのパッケージ３２ａの中に、ＩＣ５２と水晶振動片１０を収容する形態を採るものである。図１４に示す実施形態の場合、水晶発振器５０ａの小型化のために、ＩＣ５２と水晶振動片１０を縦方向に重ねるように配設することとしている。具体的には、パッケージベース３６ａのキャビティを階段状に形成し、最も下の段に位置する底板部にＩＣ５２を搭載する。ＩＣ５２を搭載した段の上の段に、ＩＣ５２とパッケージベース３６ａとを電気的に接続するための内部端子６０を設け、ＩＣ５２の能動面に設けられた端子５４とパッケージベース３６ａに設けた内部端子６０とを金属ワイヤ６４により接続する。そして、前記内部端子６０を設けた段の上の段に、水晶振動片１０を実装するための内部実装端子３８を設け、導電性接着剤４２を介して水晶振動片１０を実装する。水晶振動片１０を実装した後、パッケージベース３６ａの上部開口部をリッド３４ａにより封止する。なお、内部端子６０、内部実装端子３８はそれぞれ、パッケージ３２ａの外部底面に設けた外部実装端子６２に電気的に接続されている。このような構成の水晶発振器５０ａであっても、上記第１の実施形態に係る水晶発振器５０と同様な効果を得ることができる。

発振器について、その他の実施形態として、図１５に示すようなものを挙げることもできる。図１５に示す実施形態は、パッケージ３２ｂとして、いわゆるＨ型断面を有するパッケージベース３６ｂを採用したものであり、上下に設けられたキャビティの一方に水晶振動片１０を搭載してリッド３４ｂにより封止すると共に、他方にＩＣ５２を搭載するという構成を採る。このような構成の水晶発振器５０ｂであっても、上記第１、第２の実施形態に係る水晶発振器５０，５０ａと同様な効果を得ることができるため、本発明の一部ということができる。

本発明に関連する第１の実施形態に係る振動片の平面構成を示す図である。 本発明に関連する第１の実施形態に係る振動片の断面構成を示す図である。 本発明に関連する第１の実施形態に係る振動片における応用形態の平面構成を示す図である。 第１の関連実施形態の応用形態に係る振動片の変形例を示す図である。 本発明に関連する第２の実施形態に係る振動片の平面構成を示す図である。 本発明に関連する第２の実施形態に係る振動片の断面構成を示す図である。 本発明に関連する第２の実施形態に係る振動片における応用形態の平面構成を示す図である。 実施形態に係る振動片の平面構成を示す図である。 実施形態に係る振動片に関連する第１の応用形態の平面構成を示す図である。 実施形態に係る振動片に関連する第２の応用形態の平面構成を示す図である。 実施形態に係る振動片における応用形態の平面構成を示す図である。 発明に係る振動子の構成例を示す図である。 発振器における第１の実施形態を示す図である。 発振器における第２の実施形態を示す図である。 発振器における第３の実施形態を示す図である。

符号の説明

１０………水晶振動片、１２………水晶素板、１４………振動部、１６………周縁部、２０………励振電極、２２………引出し電極、２４………接続電極、３０………水晶振動子、３２………パッケージ、３４………リッド、３６………パッケージベース、３８………内部実装端子、４０………外部実装端子、４２………導電性接着剤、５０………水晶発振器、５２………ＩＣ、５４………端子、５６………リードフレーム、５８………樹脂、６０………内部端子、６２………外部実装端子、６４………金属ワイヤ。

Claims (7)

1. 厚み滑り振動を主振動として励振し平面視で外形が矩形の振動部、及び平面視で前記振動部の外縁に沿って配置され前記振動部よりも厚みが薄く、平面視で外形が楕円形状である周縁部を含む水晶素板と、
   前記振動部の主面に設けられている励振電極と、
   を含み、
   前記励振電極の縁辺のうち、前記主振動の振動方向に沿った前記励振電極の中心軸と交差する少なくとも一部の縁辺であり、交差する部分を含む当該縁辺が平面視で円弧状であり、
   前記主振動の振動方向と交差する前記振動部の二つの端部の間の距離をＬ２とし、前記水晶素板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、
   （ｎ＋１／２）λ−０．１λ≦Ｌ２≦（ｎ＋１／２）λ＋０．１λ、但し、ｎは正の整数、
   を満足することを特徴とする振動片。
2. 請求項１において、
   前記励振電極の外形が平面視で楕円形状であることを特徴とする振動片。
3. 請求項１または２において、
   前記水晶素板がＡＴカット水晶であることを特徴とする振動片。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の振動片と、
   前記振動片が搭載されているパッケージと、を備えていることを特徴とする振動子。
5. 請求項４において、
   前記パッケージは、真空中及び不活性ガス雰囲気中の何れかで気密封止されていることを特徴とする振動子。
6. 請求項４又は５に記載の振動子と、
   当該振動子に搭載されている発振回路と、を備えているにことを特徴とする発振器。
7. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の振動片と、
   発振回路と、
   前記振動片及び前記発振回路が搭載されているパッケージと、
   を備えているにことを特徴とする発振器。

Images