JPS602661Y2 - 水晶振動子 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、２個の音叉型水晶振動子を積層気密封止して
威る水晶振動子に関する。

本考案の目的は、低コストで高安定な発振回路を実現す
ることである。

一般に、音叉型水晶振動子は負の２次の周波数温度特性
を有しており、周波数温度特性について高精度化する場
合、チタン酸バリウムコンデンサー等の負の２次の容量
温度変化特性を有する素子等を選別、組み合わせること
によりかなりの広い温度範囲に亘って周波数温度特性の
補正を行っている。

第１図は、この方式の発振回路例を示す。

第２図は、水晶振動子の周波数温度特性曲線８および第
１図の方式により補正された後の発振回路の周波数温度
特性曲線９を示す。

ここでΔｆは周波数変化分、Ｔは温度。

θｍａｘ□は周波数が最大となる温度である。

第３図は、補正用チタン酸バリウムコンデンサーの容量
温度変化曲線を示す。

ここでＣはチタン酸バリウムコンデンサーの容量値、Ｔ
は温度、θｍａｘ２は容量値が最大となる温度である。

第４図は、第１図に示す発振回路における補正用チタン
酸バリウムコンデンサーの容量値により変わる発振回路
の周波数変化曲線を示す。

ここでΔｆは周波数変化分、ＣＴはチタン酸バリウムコ
ンデンサーの温度により変わる容量値である。

第１図において、水晶振動子１はＩＣの中に作られてい
る発振用インバータ２、位相調整用抵抗器３および帰還
用抵抗器４によって発振を維持する。

水晶振動子１のθｍａｘ□と近似したθｍａＸ２をもつ
温度補正用のチタン酸バリウムコンデンサー５を選別、
選択し、必要に応じて周波数粗調用の容量温度変化のな
いコンデンサー６とが並列に接続される。

それらは発振用インバータ２のドレイン側につながり、
周波数微調整のための緩急用トリマーコンデンサー７を
発振用インバータ２のゲート側にそれぞれ水晶振動子１
を通じて接続する。

一般に、音叉型水晶振動子自体は第２図に示すとおり、
温度がθｍａｘ□をはずれると周波数は低くなるような
周波数特性を有する。

チタン酸バリウムコンデンサー５は第３図に示すとおり
、温度がθｍａｘ２をはずれると、容量値は減少するよ
うな容量値温度変化特性を有している。

第１図の発振回路における発振周波数は、温度がθｍａ
ｘ□をはずれた場合、水晶振動子１自体の発振周波数は
低い周波数になろうとするが、この時、チタン酸バリウ
ムコンデンサー５の温度も同様にθｍａＸ２をはずれる
。

その時、チタン酸バリウムコンデンサー５の容量値は第
３図のごとく減少する。

この容量値減少により発振周波数は第４図のごとく増加
の方向に動き、従って温度変動があっても、これらによ
り第１図の発振回路の出力周波数は第２図の温度補正さ
れた後の周波数温度特性９のごとく、ある程度改善され
る。

しかし、この方式によると、チタン酸バリウムコンデン
サーの容量値温度変化特性のバラツキ、容量値の経時変
化、容量値温度特性の非再現性（ヒステリシス特性）等
の問題があり、高精度化の発振器を構成する上で調整が
難しく、部品歩留が悪い等コスト高であった。

近年、特開昭５１−８０７９１および特願昭５３−２５
６６９等に見られる周波数温度特性の異なった水晶振動
子２個組合せ、論理演算することにより、前記に比べ極
めて高精度に温度補正された周波数出力を得る方法が発
明された。

さらに、２個の水晶振動子を同一の気密容器に積層封入
することにより、極めて少ないスペースで実装が可能に
なるため、特に腕時計用の発振回路に適用する上で有利
である。

一般にこれら２個の水晶振動子を用いて上記論理演算を
施す場合、各水晶振動子の個有発振周波数は個々に微妙
に調整されなければならない。

しかし、２個の水晶振動片を同一気密容器に積層封止す
る水晶振動子の構造は、以下に示すごとく、個々の個有
の発振周波数を個別に調整することが困難である。

２個の水晶振動片を積層気密封止する超小型水晶振動子
の構成例および電極配置図を第５図に示す。

第６図は、第５図の長辺方向に直角な断面図を示す。

第５図ａは構成図、第５図すは電極配置図を示す。

水晶振動片１１．１２の電極配置は同一である。

第５図ａにおいて、枠１８と一体の水晶振動片１１と枠
３７と一体の水晶振動片１２はフォトエツチング加工技
術により外形形状が形成され、ＮｉＣｒ、 Ｃｒ、 Ａ
ｕ、 Ａ１亭の金属により形成され・る電極１９．２０
は薄膜技術とフォトエツチング技術により形成される。

枠部１８のＮｉＣｒ、 Ｃｒ。Ａｕ等の封止電極１６は
水晶電極１９と接続されており、同じく枠部１Ｂの封止
用下側電極１７は、水晶振動子の電極２０と側頭部電極
２１を通じて接続されている。

スペーサー１３はガラス、水晶、金属等で形成される水
晶振動片１１．１２と熱膨張係数の近似した材料をフォ
トエツチング技術またはプレス技術により底形し、表裏
面に封止のため（７）Ｓｎ、 ５ｎＰｂ、 ＡｕＳｎ合
金、Ｉｎ等の金属または合金のロー材２２が数μ程度の
厚さにメッキを行なう。

下ケース２５および上ケース２４はスペーサー１３と同
様な材料でフォトエツチング技；術により凹形状に作成
され、その封止部２６にはスペーサー１３の場合と同様
にメッキを行なう。

これらを第６図のごとく積層し、真空度１０−４〜１Ｑ
−５Ｔｏｒｒ程度の真空中で加圧しながら２００〜３５
０℃位の温度で加熱後冷却すればロー材２２．２６は溶
けて固まり気密封止される。

上記の水晶振動子の水晶振動片１１．１２の発振周波数
を個々に調整する場合、２つの方法がある。

１つは、気密封止後に周波数調整する方法であり、もう
１つは、気密封止前に水晶振動片１１．１２を個別に周
波数調整し、その後前記の方法である。

前者の場合には周波数調整の手段としてレーザー光線を
用い、音叉部先端の周波数調整部の金属膜１９’、２０
’を溶融し、飛散させ、目的とする周波数に調整する方
法であり、後者の場合は水晶振動片１１．１２を積層気
密封止する以前にあらかじめ周波数調整をしておく方法
であるが、以上の二つの方法は各々以下の欠点を有する
。

前者の場合、周波数調整する必要のない他の水晶振動片
１２の音叉部先端に設けである金属膜にレーザー光線が
作用し電極膜を溶かしたり、切断しないようにレーザー
光線の焦点を正確に水晶振動片１１の周波数調整部金属
膜１９’、２０’に合わせなければならないため調整が
難しく、また、水晶振動片１２を周波数調整する場合に
は反対方向からレーザー光線により周波数を調整する必
要があるため、加工時間がかかりコスト高となる。

その場合、前者と同様な欠点が生じる。

後者の場合、封止時のガス発生と封止時の加熱、冷却に
よる熱ひずみによる応力残り等により、封止前後におけ
る周波数のシフトが大きく、狭範囲に周波数調整するの
は非常に難しい。

本考案はこれらの欠点を除去したもので、２個の水晶振
動片を互いに逆向きに配置し、各々の音叉先端部の周波
数調整部と重なる水晶振動片の基部の金属電極膜を基部
の側面部のみに配置し、その基部には光透過領域も設け
た音叉型水晶振動子である。

本考案の水晶振動子の構成例および電極配置を第７図に
示す。

水晶振動子の積層気密封止方法は、従来例第６図と全く
同一であるのでここでは説明は省く。

第７図ａは本考案の水晶振動子の構成例を示し、第７図
すは電極配置図を示す。

水晶振動片３１．３°３の電極配置は同一である。

第７図において、氷晶振動片３１．３３は互いに逆向き
に配置されており、水晶振動片３３の周波数調整用の金
属膜３４と重なる水晶振動片３１の基部３２には金属電
極膜はなく、レーザー光線の光透過可能な光透過領域が
設けられている。

そのため水晶振動片３３を周波数調整する場合に、レー
ザー光線は上ケース２４と水晶振動片３１の基部３２の
光透過領域を透過し、水晶振動片３３の周波数調整用の
金属膜３４に照射され、金属膜３４を溶融飛散させ、目
的とする周波数に調整ができる。

また、水晶振動片３１の周波数調整にもレーザー光線を
用い、同様に目的とする周波数に調整できるが、焦点ズ
レによりレーザー光線が照射されても下側にある水晶振
動片３３の基部３５には水晶振動子３１と同様に光透過
領域が設けられているため、水晶振動片３３は何らの周
波数変動、特性への悪影響は発生しない。

水晶振動片３１と水晶振動片３３の周波数調整用のレー
ザー光線の焦点は、スペーサー１３と水晶振動片３１と
の和の厚さ分１５０〜２００μ程度異なっているが、こ
の程度であれば特に焦点調整を行なわなくても周波数調
整は可能であり、逆側を向ける必要はないため、低コス
トで周波数調整が可。

能である。

以上に述べた本考案の利点を列挙すると １ レーザー光線の焦点ズレによる、周波数調整されな
い側の他の水晶振動片の周波数変化、特性劣化等はまっ
たく見られない。

２ レーザー光線の位置移動のみで同一方向から周波数
調整できるため、低コストでの周波数調整が可能である
。

３ 気密封止後、周波数調整ができるため、封止による
周波数シフトがまったくなく、目的とする発振周波数に
ついて狭範囲に合わせ込みが可能である。

以上に述べた本考案による水晶振動子は、構成する部品
の製作から積層気密封止完了まですべてバッチ処理で行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発振回路例を示す。 第２図は周波数温度特性曲線を示す。 第３図は容量温度曲線を示す。 第４図は周波数変化曲線を示す。第５図は構成例および
電極配置図を示す。 第６図は断面図を示す。 第７図は本考案による構成例および電極配置図を示す。 １・・・水晶振動子、２・・・発振用インバータ、３・
・・位相調整用抵抗器、４・・・帰還用抵抗器、５・・
・チタン酸バリウムコンデンサー、６・・・コンデンサ
ー、７・・・緩急用トリマーコンデンサー、訃・・周波
数温度特性曲線、９・・・周波数温度特性曲線、１１・
・・水晶振動片、１２・・・水晶振動片、１３・・・ス
ペーサー、１６・・・封止用電極、１７・・・封止用電
極、１８・・・ワク、１９・・・電極、２０・・・電極
、２１・・・側面電極、２２・・・ロー材、２４・・・
上ケース、２５・・・下ケース、２６・・・ロー材、３
１・・・水晶振動片、３２・・・基部、３３・・・水晶
振動片、３４・・・金属膜、３５・・・基部、３７・・
・枠。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ２個の音叉型水晶振動片が互いに逆向きに積層気密封止
   されている水晶振動子であって、各々の水晶振動片の基
   部には光透過領域が設けられており、上記光透過領域は
   一方の水晶振動片の基部と他方の水晶振動片の先端部と
   重なる部分であることを特徴とする水晶振動子。