專利名稱：石英振動(dòng)片、石英振子以及石英振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以厚度切變振動(dòng)為主振動(dòng)、具有繞石英的晶軸的兩個(gè)軸傾斜的切斷面的雙旋轉(zhuǎn)切(double rotation cut)的石英振動(dòng)片、使用了該石英振動(dòng)片的石英振子以及石英振蕩器。
背景技術(shù)：
通常，在通信設(shè)備、信息設(shè)備以及家用設(shè)備等的電子設(shè)備中所使用的振子、振蕩器等的壓電器件中，為了獲得穩(wěn)定的頻率特性等而采用了石英作為壓電材料。石英振動(dòng)片采用以預(yù)定的角度從該石英切出的石英板而形成。特別是AT切石英板由于在較大范圍的溫度區(qū)域內(nèi)能獲得穩(wěn)定的頻率而以往至今被用于石英振動(dòng)片。所謂AT切石英板是，如圖12所示，使其一邊與石英的晶軸的X軸平行、以將XZ面繞X軸以順時(shí)針方向(以從X軸的-X方向朝+X方向觀察的情況為基準(zhǔn))旋轉(zhuǎn)35度15分所成的切角進(jìn)行切割而得到的。該切割方式稱為單旋轉(zhuǎn)切(single rotationcut)。公知的是，使用了該AT切石英板的石英振動(dòng)片，在由于溫度的變動(dòng)而使頻率變化的、所謂的頻率溫度特性中，在100℃左右的高溫區(qū)域，頻率變化較大(例如，專利文獻(xiàn)1)。為了改善該高溫區(qū)域中的頻率溫度特性，提出了通過如下方式得到的石英板在使石英的晶軸的一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)后、以該新的軸為中心而使另一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)后的面上進(jìn)行切割(例如，專利文獻(xiàn)2)。該切割方式稱為雙旋轉(zhuǎn)(2次旋轉(zhuǎn))切。
專利文獻(xiàn)1日本特開平5-235678號公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2004-7420號公報(bào)但是，在石英振動(dòng)片的特性中，除所述的頻率溫度特性之外，還具有驅(qū)動(dòng)電平依賴性(Drive Level Dependency)，即，通過施加用于使石英振動(dòng)片振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)功率(下面稱為“驅(qū)動(dòng)功率”。)，使諧振頻率發(fā)生變化等。下面，將驅(qū)動(dòng)電平依賴性所導(dǎo)致的諧振頻率的變化量稱為“DLD”。
關(guān)于該DLD，采用圖13詳細(xì)地進(jìn)行說明。圖13是表示驅(qū)動(dòng)功率和頻率變化量之間的相關(guān)度、即DLD的圖。在圖13中示出了近似線，該近似線表示每個(gè)諧振頻率和振動(dòng)片的主面的大小(芯片尺寸)的DLD。各個(gè)近似線的詳細(xì)情況如下所述。
(a)諧振頻率為48MHz，芯片尺寸為2.0mm×1.2mm。
(b)諧振頻率為40MHz，芯片尺寸為2.0mm×1.1mm。
(c)諧振頻率為40MHz，芯片尺寸為4.0mm×2.2mm。
(d)諧振頻率為20MHz，芯片尺寸為5.4mm×1.6mm。
如圖13所示，該DLD與驅(qū)動(dòng)功率大致成正比，驅(qū)動(dòng)功率越大則頻率的變化量越大。進(jìn)而，可由如圖13所示的(b)和(c)之間的比較了解到，該DLD是，如果諧振頻率相同，則由于主面的面積變小，從而頻率的變化量變大。并且，也可由如圖13所示的(a)、(b)和(d)之間的比較了解到，該DLD是，諧振頻率越高則頻率的變化量越大。因此，在如專利文獻(xiàn)2所示的現(xiàn)有的石英振動(dòng)片中，如果要形成較高諧振頻率區(qū)域或者主面的面積較小的石英振動(dòng)片，則會(huì)產(chǎn)生DLD變大、超過所允許的頻率變化量的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題進(jìn)行的，其目的在于能夠通過減小DLD而提供需要更大的驅(qū)動(dòng)功率的小型形狀的石英振動(dòng)片、使用了該石英振動(dòng)片的石英振子以及石英振蕩器。
為了解決上述問題，發(fā)明者們對石英的切角進(jìn)行了各種研究、實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了在需要更大驅(qū)動(dòng)功率的小型形狀的石英振動(dòng)片中具有較小的DLD的切角。本發(fā)明就是根據(jù)該發(fā)現(xiàn)而做成的。
本發(fā)明的石英振動(dòng)片通過至少在主面上施加的驅(qū)動(dòng)功率，按照預(yù)定的諧振頻率進(jìn)行振動(dòng)，其特征在于，所述主面包含與如下的X’軸平行的邊和與如下的Z’軸平行的邊而形成，該X’軸是把石英的電軸作為X軸、把機(jī)械軸作為Y軸、把光軸作為Z軸，將所述X軸繞所述Z軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于7度且小于等于17.3度的角度φ而設(shè)定的，該Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成。
根據(jù)本發(fā)明的石英振動(dòng)片，通過使用使X軸和Z軸按照預(yù)定的角度旋轉(zhuǎn)的雙旋轉(zhuǎn)切，能夠減小DLD。即，即使是需要較大驅(qū)動(dòng)功率(激勵(lì)電平)的石英振動(dòng)片，也能將DLD抑制為較小，能夠提供高頻率精度(高品質(zhì))的石英振動(dòng)片。
并且，優(yōu)選為，所述諧振頻率為大于等于48MHz且小于等于100MHz，所述主面的面積形成為大于等于4.0mm2且小于等于8.0mm2。
由此，即使以500μW左右的驅(qū)動(dòng)功率使諧振頻率為大于等于48MHz且小于等于100MHz、且主面的面積為大于等于4.0mm2且小于等于8.0mm2的石英振動(dòng)片進(jìn)行振動(dòng)，也能使DLD小于等于5ppm。
并且，優(yōu)選為，所述諧振頻率為大于等于27MHz且小于等于48MHz，所述主面包含與所述X’軸平行的邊和與所述Z’軸平行的邊，所述X’軸是將所述X軸繞所述Z軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于8度且小于等于16度的角度φ而設(shè)定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成，該主面的面積形成為大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2。
這樣，即使以500μW左右的驅(qū)動(dòng)功率使諧振頻率大于等于27MHz且小于等于48MHz、且主面的面積為大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2的石英振動(dòng)片進(jìn)行振動(dòng)，也能使DLD小于等于5ppm。
并且，優(yōu)選為，所述諧振頻率為大于等于27MHz且小于等于48MHz，所述主面包含與所述X’軸平行的邊和與所述Z’軸平行的邊，所述X’軸是將所述X軸繞所述Z軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于10度且小于等于14度的角度φ而設(shè)定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成，該主面的面積形成為大于等于0.8mm2且小于等于1.4mm2。
這樣，即使以500μW左右的驅(qū)動(dòng)功率使諧振頻率大于等于27MHz且小于等于48MHz、且主面的面積為大于等于0.8mm2且小于等于1.4mm2的石英振動(dòng)片振動(dòng)，也能使DLD小于等于5ppm。
并且，優(yōu)選為，所述諧振頻率為大于等于48MHz且小于等于100MHz，所述主面包含與所述X’軸平行的邊和與所述Z’軸平行的邊，所述X’軸是將所述X軸繞所述Z軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于8度且小于等于16度的角度φ而設(shè)定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成，該主面的面積形成為大于等于2.0mm2且小于等于4.0mm2。
這樣，即使以500μW左右的驅(qū)動(dòng)功率使諧振頻率大于等于48MHz且小于等于100MHz、且主面的面積為大于等于2.0mm2且小于等于4.0mm2的石英振動(dòng)片振動(dòng)，也能使DLD小于等于5ppm。
并且，優(yōu)選為，所述諧振頻率為大于等于48MHz且小于等于100MHz，所述主面包含與所述X’軸平行的邊和與所述Z’軸平行的邊，所述X’軸是將所述X軸繞所述Z軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于9度且小于等于15.5度的角度φ而設(shè)定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成，該主面的面積形成為大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2。
這樣，即使以500μW左右的驅(qū)動(dòng)功率使諧振頻率大于等于48MHz且小于等于100MHz、且主面的面積為大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2的石英振動(dòng)片振動(dòng)，也能使DLD小于等于5ppm。
并且，優(yōu)選為，所述角度φ大于等于11.5度且小于等于12.5度。
這樣，能夠進(jìn)一步將DLD抑制得較小。即，能夠提供如下的石英振動(dòng)片即使以500μW左右的驅(qū)動(dòng)功率使諧振頻率大于等于27MHz且小于等于100MHz、且主面的面積為大于等于0.8mm2且小于等于4.0mm2的石英振動(dòng)片振動(dòng)，也能將DLD抑制為大致小于等于2.5ppm的較小的變化。
并且，本發(fā)明的石英振子的特征在于，具有封裝和收納在所述封裝中的所述石英振動(dòng)片。
根據(jù)本發(fā)明的石英振子，通過將所述雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片收納于封裝內(nèi)而使用，能夠減小DLD。即，即使是需要較大驅(qū)動(dòng)功率(激勵(lì)電平)的石英振子，也能使DLD所致的頻率變化減小，能夠提供較高頻率精度(高品質(zhì))的石英振子。
并且，本發(fā)明的石英振蕩器的特征在于，具有所述的石英振動(dòng)片和至少具有驅(qū)動(dòng)所述石英振動(dòng)片的功能的電路部。
根據(jù)本發(fā)明的石英振蕩器，通過使用所述雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片，能夠使DLD減小。即，即使是需要較大驅(qū)動(dòng)功率(激勵(lì)電平)的石英振動(dòng)片，也能將DLD抑制得較小。并且，由于具有石英振動(dòng)片和電路部，所以能夠縮短雙方的連接，能夠做成更小型的石英振蕩器。從而，能夠提供具有較高頻率精度(高品質(zhì))的小型的石英振蕩器。


圖1是第一實(shí)施方式的雙旋轉(zhuǎn)切的石英板的概略圖。
圖2是表示從圖1所示的石英板切出的石英振動(dòng)片的立體圖。
圖3是表示實(shí)施例1的石英振動(dòng)片的激勵(lì)電平和頻率偏差之間的相關(guān)度的曲線圖。
圖4是表示實(shí)施例2的石英振動(dòng)片的激勵(lì)電平和頻率偏差之間的相關(guān)度的曲線圖。
圖5是表示實(shí)施例3的石英振動(dòng)片的激勵(lì)電平和頻率偏差之間的相關(guān)度的曲線圖。
圖6是表示實(shí)施例4的石英振動(dòng)片的激勵(lì)電平和頻率偏差之間的相關(guān)度的曲線圖。
圖7是表示實(shí)施例5的石英振動(dòng)片的激勵(lì)電平和頻率偏差之間的相關(guān)度的曲線圖。
圖8表示第二實(shí)施方式的石英振子的概要，是剖開了蓋體的一部分的俯視圖。
圖9是表示石英振子的概要的正剖面圖。
圖10表示第三實(shí)施方式的石英振蕩器的概要，是剖開了蓋體的一部分的俯視圖。
圖11是表示石英振蕩器的概要的正剖面圖。
圖12是現(xiàn)有的單旋轉(zhuǎn)切的石英板的概略圖。
圖13是說明DLD的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)附圖對本發(fā)明的石英振動(dòng)片、石英振子和石英振蕩器的優(yōu)選方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
(第一實(shí)施方式)用圖1和圖2說明本發(fā)明的石英振動(dòng)片。圖1表示第一實(shí)施方式的雙旋轉(zhuǎn)切的石英板的概要。圖2是表示從圖1所示的石英板切出的石英振動(dòng)片的立體圖。
如圖1所示，對石英的正交的3個(gè)晶軸作如下設(shè)定，即，把電軸設(shè)為X軸，把與其正交的機(jī)械軸設(shè)為Y軸，把與X軸、Y軸正交的光軸設(shè)為Z軸。用于得到本發(fā)明的石英振動(dòng)片的石英板(也稱為石英基板)10首先設(shè)定以石英坯料15的Z軸為中心、將X軸以順時(shí)針方向(以從Z軸的-Z方向朝+Z方向觀察的情況為基準(zhǔn))旋轉(zhuǎn)角度φ而成的X’軸，具有與該X’軸平行的邊，該角度φ是大于等于6.5度且小于等于17.5度的任意的角度。進(jìn)而，石英板10具有與如下的Z’軸平行的邊，該Z’軸是以X’軸為中心、將Z軸以順時(shí)針方向(以從X’軸的-X’方向朝+X’方向觀察的情況為基準(zhǔn))旋轉(zhuǎn)角度θ而得到的，該角度θ是大于等于34.3度且小于等于35.25度的任意的角度。而且，通過將包含這些邊的面作為主面進(jìn)行切割，形成了所謂的雙旋轉(zhuǎn)切的石英板10。進(jìn)而，將石英板10的兩個(gè)面研磨加工成所期望的厚度和表面狀態(tài)，之后，采用切割機(jī)等來分成小片，切出如圖2所示的、具有所期望的尺寸和形狀的石英振動(dòng)片20。而且，同時(shí)，Y軸也2次旋轉(zhuǎn)，但在圖1中沒有示出。在圖2中將切出的石英振動(dòng)片的厚度方向上的軸表示為將Y軸2次旋轉(zhuǎn)而得到的Y”軸。
對石英振動(dòng)片20的細(xì)節(jié)進(jìn)行說明。圖2所示的石英振動(dòng)片20具有矩形的主面23、24，該矩形的主面23、24具有尺寸為L的長度的與X’軸平行的長邊21、和尺寸為W的長度的與Z’軸平行的短邊22。主面23、24形成于表里兩面，在它們之間具有與Y”軸平行的厚度T。而且，該厚度T與石英振動(dòng)片20的諧振頻率具有成反比的關(guān)系，石英振動(dòng)片20的厚度T越薄則諧振頻率越高。在各個(gè)主面23、24的表面的中央部形成有激勵(lì)電極25。在表面的主面23上形成的激勵(lì)電極25經(jīng)引出電極26與外部連接電極27a相連接。而且，另一個(gè)外部連接電極27b通過石英振動(dòng)片20的側(cè)面與未圖示的里面的外部連接電極、引出電極和激勵(lì)電極相連接。通過從未圖示的振蕩電路對該表里的激勵(lì)電極25施加驅(qū)動(dòng)功率，石英振動(dòng)片20以預(yù)定的頻率進(jìn)行振蕩。而且，表示該驅(qū)動(dòng)功率的大小，有時(shí)稱為激勵(lì)電平或者驅(qū)動(dòng)電平。
在前述的背景技術(shù)中也進(jìn)行了描述，但石英振動(dòng)片20的諧振頻率根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率的大小而發(fā)生變化。本申請的發(fā)明者們階段性地改變以Z軸為中心的X軸的旋轉(zhuǎn)角度φ來切出石英板10，試制了根據(jù)本發(fā)明的雙旋轉(zhuǎn)切的厚度切變模式的石英振動(dòng)片20。而且，在該試制中，關(guān)注了需要較大的驅(qū)動(dòng)功率的小型(主面的面積較小的石英振動(dòng)片)和高頻帶的石英振動(dòng)片20。
進(jìn)而，關(guān)于試制出的各個(gè)石英振動(dòng)片20，在常溫下使驅(qū)動(dòng)功率(激勵(lì)電平)階段性地變化，同時(shí)測量諧振頻率。其結(jié)果是發(fā)現(xiàn)了通過設(shè)定諧振頻率、角度φ、角度θ以及主面的面積，能夠形成具有實(shí)用上沒有任何問題的DLD的石英振動(dòng)片20。特別是發(fā)現(xiàn)了在角度φ大于等于11.5度且小于等于12.5度的范圍內(nèi)切出的石英振動(dòng)片20可使DLD顯著變小。在此，通常所要求的實(shí)用上不成問題的頻率變化量是指，對石英振動(dòng)片20施加直至500μW左右的施加了直至500μW左右的驅(qū)動(dòng)功率時(shí)的DLD為小于等于5ppm。
根據(jù)本實(shí)施方式的石英振動(dòng)片20，能夠使DLD減小。詳細(xì)地說能夠提供如下的石英振動(dòng)片20施加了直至500μW左右的施加了直至500μW左右的驅(qū)動(dòng)功率時(shí)的頻率變化量、即DLD為小于等于5ppm。這樣，即使是需要較大驅(qū)動(dòng)功率的石英振動(dòng)片，也能提供DLD較小的、高頻率精度(高品質(zhì))的石英振動(dòng)片20。
此外，在角度φ為大于等于11.5且小于等于12.5的范圍內(nèi)切出的石英振動(dòng)片20中，能夠進(jìn)一步減小施加了直至500μW左右的驅(qū)動(dòng)功率時(shí)的DLD。具體地說，可使DLD為小于等于2.5ppm。
而且，雖然在所述的第一實(shí)施方式中，將石英振動(dòng)片說明為矩形形狀，但石英振動(dòng)片的形狀不限于此。例如，圓形或方形等形狀的石英振動(dòng)片也具有同等的效果。
(實(shí)施例1)階段性地改變X軸的旋轉(zhuǎn)角度φ來切出石英板，試制了根據(jù)本發(fā)明的厚度切變模式的諧振頻率為48MHz和100MHz的石英振動(dòng)片。各個(gè)諧振頻率的石英振動(dòng)片的芯片尺寸為3mm×1.5mm(以圖2所示的L×W的尺寸來表示)，即主面的面積為4.5mm2。并且，在實(shí)施例1中，將角度θ固定為35度。而且，作為比較例，還試制了諧振頻率、芯片尺寸相同，角度φ為0度、即現(xiàn)有的單旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片。然后，關(guān)于實(shí)施例1的石英振動(dòng)片，使激勵(lì)電平變化到700μW左右的同時(shí)測量出頻率變化量(頻率偏差ΔF(ppm))。
其結(jié)果如圖3所示。圖3是表示實(shí)施例1的石英振動(dòng)片的激勵(lì)電平和頻率偏差之間的相關(guān)度的曲線圖，縱軸表示頻率偏差，橫軸表示激勵(lì)電平(μW)。而且，橫軸是對數(shù)刻度。圖3中的曲線表示如下所示的石英振動(dòng)片的DLD。
(1a)實(shí)施例1中的諧振頻率為100MHz，角度φ為7度、以及17.3度。
(2a)實(shí)施例1中的諧振頻率為48MHz，角度φ為7度、以及17.3度。
(3a)實(shí)施例1中的諧振頻率為48MHz和100MHz，角度φ為12度。
(1b)諧振頻率為100MHz，角度φ為0度(比較例)。
(2b)諧振頻率為48MHz，角度φ為0度(比較例)。
如圖3所示，通常石英振動(dòng)片的DLD從超過10μW起慢慢增加，當(dāng)超過100μW時(shí)變動(dòng)變大。與作為比較例的曲線(1b)、(2b)所示的單旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片相比，實(shí)施例1的石英振動(dòng)片的曲線(1a)、(2a)和(3a)在各諧振頻率中變得非常小。通常，當(dāng)激勵(lì)電平為小于等于500μW時(shí)，該DLD需要小于等于5ppm。圖中的雙點(diǎn)劃線表示在激勵(lì)電平為小于等于500μW、且DLD為小于等于5ppm的范圍。如圖3所示，對于曲線(1a)、(2a)和(3a)所示的實(shí)施例1的石英振動(dòng)片，即使激勵(lì)電平為500μW，也能將DLD抑制為小于等于5ppm。
將諧振頻率為100MHz的石英振動(dòng)片作為一個(gè)例子進(jìn)一步詳細(xì)地說明。曲線(1a)表示角度φ為7度和17.3度時(shí)的DLD。在激勵(lì)電平500μW中，此時(shí)的DLD大致為5ppm。通過使角度φ大于7度，該曲線緩緩地傾斜且曲線的上升變緩。于是，將角度φ為12度的曲線(3a)作為大致下限，如果達(dá)到大于等于此的角度，則曲線再次緩緩地傾斜且2次曲線的上升變得急陡，在角度φ為17.3度時(shí)大致與角度φ為7度的曲線(1a)重疊。換句話說，對于使角度φ采用從7度到17.3度之間的值來切出的石英振動(dòng)片，表示DLD的曲線存在于曲線(1a)和曲線(3a)之間的區(qū)域中。從而，在角度φ為從7度到17.3度之間切出的石英振動(dòng)片的DLD在小于等于5ppm的范圍內(nèi)。進(jìn)而，雖然沒有圖示，但階段性地改變主面的面積，進(jìn)行同樣的試制。其結(jié)果是，主面的面積在大于等于4.0mm2且小于等于8.0mm2的范圍內(nèi)，能夠確認(rèn)同等的效果。
此外，與前述相同地，在諧振頻率為48MHz的石英振動(dòng)片中，曲線也存在于曲線(2a)和曲線(3a)之間的區(qū)域內(nèi)，能夠使DLD為小于等于5ppm。而且，曲線(3a)還表示48MHz的石英振動(dòng)片的角度φ為12度時(shí)的曲線。
由此，在大于等于48MHz且小于等于100MHz的諧振頻帶中，在角度φ為從7度到17.3度的范圍內(nèi)切出的主面的面積大于等于4.0mm2且小于等于8mm2的雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片，能夠使激勵(lì)電平為500μW時(shí)的DLD小于等于5ppm。
此外，在曲線(3a)中，即使使激勵(lì)電平為700μW，也很難觀察到DLD，達(dá)到了小于等于1ppm。通過這樣使角度φ為12度左右(例如，從11.5度到12.5度)，能夠提供DLD極小的石英振動(dòng)片。
(實(shí)施例2)進(jìn)而，改變諧振頻率和芯片尺寸，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的試制。在實(shí)施例2中，試制了根據(jù)本發(fā)明的厚度切變模式的諧振頻率為27MHz和48MHz的石英振動(dòng)片。各個(gè)諧振頻率的石英振動(dòng)片的芯片尺寸為1.4mm×1.0mm(以圖2所示的L×W的尺寸來表示)，即主面的面積為1.4mm2。并且，在實(shí)施例2中，也將角度θ固定為35度。然后，關(guān)于實(shí)施例2的石英振動(dòng)片，使激勵(lì)電平變化到700μW左右的同時(shí)測量出頻率變化量(頻率偏差ΔF(ppm))。
其結(jié)果如圖4所示。圖4是表示實(shí)施例2的石英振動(dòng)片的激勵(lì)電平和頻率偏差之間的相關(guān)度的曲線圖，縱軸表示頻率偏差，橫軸表示激勵(lì)電平(μW)。而且，橫軸是對數(shù)刻度。圖4中的曲線表示如下所示的石英振動(dòng)片的DLD。
(4a)實(shí)施例2中的諧振頻率為48MHz，角度φ為8度、以及16度。
(5a)實(shí)施例2中的諧振頻率為27MHz，角度φ為8度、以及16度。
(6a)實(shí)施例2中的諧振頻率為48MHz，角度φ為12度。
(7a)實(shí)施例2中的諧振頻率為27MHz，角度φ為12度。
(4b)諧振頻率為48MHz，角度φ為0度(比較例)。
(5b)諧振頻率為27MHz，角度φ為0度(比較例)。
與實(shí)施例1相同地，與作為比較例的曲線(4b)、(5b)所示的單旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片相比，實(shí)施例2的石英振動(dòng)片的曲線(4a)、(5a)、(6a)和(7a)在各諧振頻率中變得非常小。而且，如圖4所示，對于曲線(4a)、(5a)、(6a)和(7a)所示的實(shí)施例2的石英振動(dòng)片，即使激勵(lì)電平為500μW，也能將DLD抑制為小于等于5ppm。另外，雖然沒有圖示，但階段性地改變主面的面積，進(jìn)行了同樣的試制。其結(jié)果是，在主面的面積大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2的范圍內(nèi)，能夠確認(rèn)同等的效果。而且，關(guān)于與實(shí)施例1相同的現(xiàn)象，省略其說明。
因此，在大于等于27MHz且小于等于48MHz的諧振頻帶中，對于在角度φ為大于等于8度且小于等于16度的范圍內(nèi)切出的主面的面積為大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2的雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片，能夠使激勵(lì)電平為500μW時(shí)的DLD小于等于5ppm。
(實(shí)施例3)進(jìn)而，改變諧振頻率和芯片尺寸，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的試制。在實(shí)施例3中，試制了根據(jù)本發(fā)明的厚度切變模式的諧振頻率為27MHz和48MHz的石英振動(dòng)片。各個(gè)諧振頻率的石英振動(dòng)片的芯片尺寸為1.0mm×0.8mm(以圖2所示的L×W的尺寸來表示)，即主面的面積為0.8mm2。并且，在實(shí)施例3中，也將角度θ固定為35度。然后，關(guān)于實(shí)施例3的石英振動(dòng)片，使激勵(lì)電平變化到700μW左右的同時(shí)測量出頻率變化量(頻率偏差ΔF(ppm))。
其結(jié)果如圖5所示。圖5是表示實(shí)施例3的石英振動(dòng)片的激勵(lì)電平和頻率偏差之間的相關(guān)度的曲線圖，縱軸表示頻率偏差，橫軸表示激勵(lì)電平(μW)。而且，橫軸是對數(shù)刻度。圖5中的曲線表示如下所示的石英振動(dòng)片的DLD。
(8a)實(shí)施例3中的諧振頻率為48MHz，角度φ為10度、以及14度。
(9a)實(shí)施例3中的諧振頻率為27MHz，角度φ為10度、以及14度。
(10a)實(shí)施例3中的諧振頻率為48MHz，角度φ為12度。
(11a)實(shí)施例3中的諧振頻率為27MHz，角度φ為12度。
(8b)諧振頻率為48MHz，角度φ為0度(比較例)。
(9b)諧振頻率為27MHz，角度φ為0度(比較例)。
與實(shí)施例1相同地，與作為比較例的曲線(8b)、(9b)所示的單旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片相比，實(shí)施例3的石英振動(dòng)片的曲線(8a)、(9a)、(10a)和(11a)在各諧振頻率中變得非常小。而且，如圖5所示，對于曲線(8a)、(9a)、(10a)和(11a)所示的實(shí)施例3的石英振動(dòng)片，即使激勵(lì)電平為500μW，也能將DLD抑制為小于等于5ppm。另外，雖然沒有圖示，但階段性地改變主面的面積，進(jìn)行了同樣的試制。其結(jié)果是，在主面的面積大于等于0.8mm2且小于等于1.4mm2的范圍內(nèi)，能夠確認(rèn)同等的效果。而且，關(guān)于與實(shí)施例1相同的現(xiàn)象，省略其說明。
因此，在大于等于27MHz且小于等于48MHz的諧振頻帶中，對于在角度φ為大于等于10度且小于等于14度的范圍內(nèi)切出的主面的面積為大于等于0.8mm2且小于等于1.4mm2的雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片，能夠使激勵(lì)電平為500μW時(shí)的DLD小于等于5ppm。
(實(shí)施例4)進(jìn)而，改變諧振頻率和芯片尺寸，進(jìn)行了與實(shí)施例1相同的試制。在實(shí)施例4中，試制了根據(jù)本發(fā)明的厚度切變模式的諧振頻率為48MHz和100Hz的石英振動(dòng)片。各個(gè)諧振頻率的石英振動(dòng)片的芯片尺寸為2.0mm×1.0mm(以圖2所示的L×W的尺寸來表示)，即主面的面積為2.0mm2。并且，在實(shí)施例4中，也將角度θ固定為35度。然后，關(guān)于實(shí)施例4的石英振動(dòng)片，使激勵(lì)電平變化到700μW左右的同時(shí)測量出頻率變化量(頻率偏差ΔF(ppm))。
其結(jié)果如圖6所示。圖6是表示實(shí)施例4的石英振動(dòng)片的激勵(lì)電平和頻率偏差之間的相關(guān)度的曲線圖，縱軸表示頻率偏差，橫軸表示激勵(lì)電平(μW)。而且，橫軸是對數(shù)刻度。圖6中的曲線表示如下所示的石英振動(dòng)片的DLD。
(12a)實(shí)施例4中的諧振頻率為100MHz，角度φ為8度、以及16度。
(13a)實(shí)施例4中的諧振頻率為48MHz，角度φ為8度、以及16度。
(14a)實(shí)施例4中的諧振頻率為100MHz，角度φ為12度。
(15a)實(shí)施例4中的諧振頻率為48MHz，角度φ為12度。
(12b)諧振頻率為100MHz，角度φ為0度(比較例)。
(13b)諧振頻率為48MHz，角度φ為0度(比較例)。
與實(shí)施例1相同地，與作為對比例的曲線(12b)、(13b)所示的單旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片相比，實(shí)施例4的石英振動(dòng)片的曲線(12a)、(13a)、(14a)和(15a)在各諧振頻率中變得非常小。而且，如圖6所示，對于曲線(12a)、(13a)、(14a)和(15a)所示的實(shí)施例4的石英振動(dòng)片，即使激勵(lì)電平為500μW，也能將DLD抑制為小于等于5ppm。另外，雖然沒有圖示，但階段性地改變主面的面積，進(jìn)行了同樣的試制。其結(jié)果是，在主面的面積大于等于2.0mm2且小于等于4.0mm2的范圍內(nèi)，能夠確認(rèn)同等的效果。而且，關(guān)于實(shí)施例1相同的現(xiàn)象，省略其說明。
因此，在大于等于48MHz且小于等于100MHz的諧振頻帶中，對于在角度φ大于等于8度且小于等于16度的范圍內(nèi)切出的主面的面積為大于等于2.0mm2且小于等于4.0mm2的雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片，能夠使激勵(lì)電平為500μW時(shí)的DLD小于等于5ppm。
(實(shí)施例5)進(jìn)而，改變諧振頻率和芯片尺寸，進(jìn)行了與實(shí)施例1相同的試制。在實(shí)施例5中，試制了根據(jù)本發(fā)明的厚度切變模式的諧振頻率為48MHz和100MHz的石英振動(dòng)片。各個(gè)諧振頻率的石英振動(dòng)片的芯片尺寸為1.4mm×1.0mm(以圖2所示的L×W的尺寸來表示)，即主面的面積為1.4mm2。并且，在實(shí)施例5中，也將角度θ固定為35度。然后，關(guān)于實(shí)施例5的石英振動(dòng)片，使激勵(lì)電平變化到700μW左右的同時(shí)測量出頻率變化量(頻率偏差ΔF(ppm))。
其結(jié)果如圖7所示。圖7是表示實(shí)施例5的石英振動(dòng)片的激勵(lì)電平和頻率偏差之間的相關(guān)度的曲線圖，縱軸表示頻率偏差，橫軸表示激勵(lì)電平(μW)。而且，橫軸是對數(shù)刻度。圖7中的曲線表示如下所示的石英振動(dòng)片的DLD。
(16a)實(shí)施例5中的諧振頻率為100MHz，角度φ為9度、以及15.5度。
(17a)實(shí)施例5中的諧振頻率為48MHz，角度φ為9度、以及15.5度。
(18a)實(shí)施例5中的諧振頻率為100MHz和48MHz，角度φ為12度。
(16b)諧振頻率為100MHz，角度φ為0度(比較例)。
(17b)諧振頻率為48MHz，角度φ為0度(比較例)。
與實(shí)施例1相同地，與作為比較例的曲線(16b)、(17b)所示的單旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片相比，實(shí)施例5的石英振動(dòng)片的曲線(16a)、(17a)和(18a)在各諧振頻率中變得非常小。而且，如圖7所示，對于曲線(16a)、(17a)和(18a)所示的實(shí)施例5的石英振動(dòng)片，即使激勵(lì)電平為500μW，也能將DLD抑制為小于等于5ppm。另外，雖然沒有圖示，但階段性地改變主面的面積，進(jìn)行了同樣的試制。其結(jié)果是，在主面的面積大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2的范圍內(nèi)，能夠確認(rèn)同等的效果。而且，關(guān)于實(shí)施例1相同的現(xiàn)象，省略其說明。
因此，在大于等于48MHz且小于等于100MHz的諧振頻帶中，對于在角度φ為大于等于9度且小于等于15.5度的范圍內(nèi)切出的主面的面積為大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2的雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片，能夠使激勵(lì)電平為500μW時(shí)的DLD小于等于5ppm。
(第二實(shí)施方式)將本發(fā)明的石英振子的一個(gè)例子作為第二實(shí)施方式，利用附圖進(jìn)行說明。圖8表示作為第二實(shí)施方式的石英振子的概要，是剖開了蓋體的一部分的俯視圖。圖9是表示第二實(shí)施方式的石英振子的概要的正剖面圖。
如圖8和圖9所示，石英振子300由如下部分構(gòu)成作為封裝的一個(gè)例子的、例如陶瓷制的絕緣性基座30；封閉絕緣性基座30的開口部37的蓋體(lid)31；將絕緣性基座30和蓋體31接合起來的接合部件38；石英振動(dòng)片35、以及將石英振動(dòng)片35與絕緣性基座30連接的導(dǎo)電性粘接劑36。
在絕緣性基座30的大致中央部所設(shè)置的開口部37的底部40中形成有支撐部39。在支撐部39的上面，通過導(dǎo)電性粘接劑36等連接部件連接并安裝形成有激勵(lì)電極35a等的石英振動(dòng)片35。該石英振動(dòng)片35使用了在所述的第一實(shí)施方式中說明過的雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片35。導(dǎo)電性粘接劑36是在樹脂的基礎(chǔ)材料中混合銀片或者銀粒等作為填充物而形成，還通過加熱處理或者紫外線照射等使之硬化，確保電連接。
絕緣性基座30的開口部37被蓋體31氣密地封閉，該蓋體31是通過形成于絕緣性基座30的上面32上的接合部件38接合。而且，在絕緣性基座30的外表面形成有從開口部37導(dǎo)出的未圖示的導(dǎo)通配線部，與安裝基板等接合。
根據(jù)上述的第二實(shí)施方式的石英振子300，采用了在第一實(shí)施方式中說明過的雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片35。因此，能夠提供下述的石英振子300施加了直至500μW左右的驅(qū)動(dòng)功率時(shí)的頻率變化量、即DLD為小于等于5ppm。
而且，在第二實(shí)施方式中，示出采用陶瓷制的絕緣性基座作為封裝、將石英振動(dòng)片收容在絕緣性基座內(nèi)的形式的石英振子作為例子而進(jìn)行了說明，但是封裝不限于此。例如，也可以是如下形式在貫穿了圓筒狀金屬環(huán)內(nèi)所填充的絕緣材料(例如玻璃)的引線的一端連接石英振動(dòng)片、將圓筒蓋壓入金屬環(huán)而進(jìn)行封閉。
(第三實(shí)施方式)將本發(fā)明的石英振子的一個(gè)例子作為第三實(shí)施方式，利用附圖進(jìn)行說明。圖10表示作為第三實(shí)施方式的石英振蕩器的概要，是除去了蓋體的一部分的俯視圖。圖11是表示第三實(shí)施方式的石英振蕩器的概要的正剖面圖。
如圖10和圖11所示，石英振蕩器500由如下部分構(gòu)成例如陶瓷制的絕緣性基座50；封閉絕緣性基座50的開口部57的蓋體(lid)51；將絕緣性基座50和蓋體51接合起來的接合部件58；石英振動(dòng)片55；將石英振動(dòng)片55與絕緣性基座50連接的導(dǎo)電性粘接劑56；以及至少具有使石英振動(dòng)片55振蕩的功能的作為電路部的電路元件61。
在絕緣性基座50的大致中央部所設(shè)置的開口部57的底部62中形成有支撐部59。在支撐部59的上面，通過導(dǎo)電性粘接劑56等連接部件連接并安裝有由石英薄板構(gòu)成、形成有激勵(lì)電極55a等的石英振動(dòng)片55。該石英振動(dòng)片55使用了在所述的第一實(shí)施方式中說明過的雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片55，除了連接部分以外，懸空。導(dǎo)電性粘接劑56是在樹脂的基礎(chǔ)材料中混合了銀片或者銀粒等作為填充物而形成，還通過加熱處理或者紫外線照射等使之硬化，確保電連接。絕緣性基座50的大致中央部設(shè)置的開口部57的底部62的、處于石英振動(dòng)片55的下部的部分，通過未圖示的配線等與石英振動(dòng)片55相連接，通過未圖示的導(dǎo)電性粘接劑等接合有至少具有使石英振動(dòng)片55振蕩的功能的電路元件61。即，電路元件61也安裝在開口部57內(nèi)。
絕緣性基座50的開口部57被蓋體51氣密地封閉，該蓋體51是通過形成于絕緣性基座50的上面52上的接合部件58接合的。而且，在絕緣性基座50的外表面形成有從開口部57導(dǎo)出的未圖示的導(dǎo)通配線部，與安裝基板等接合。
根據(jù)上述的第三實(shí)施方式的石英振蕩器500，采用了在第一實(shí)施方式中說明過的雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片55。因此，能夠提供下述的石英振蕩器500施加了直至500μW左右的驅(qū)動(dòng)功率時(shí)的DLD為小于等于5ppm。并且，由于將石英振動(dòng)片55和電路元件61收容于絕緣性基座50的開口部57內(nèi)，所以能夠縮短兩者間的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)更小型的石英振蕩器。由此，能夠提供具有較高頻率精度的小型的石英振蕩器。
而且，在第三實(shí)施方式中，以陶瓷為一例說明了絕緣性基座50，但并不限于此。例如，也可以采用在環(huán)氧樹脂基板等的樹脂基板、金屬板上具有絕緣部件和電路配線的基板等。
權(quán)利要求
1.一種石英振動(dòng)片，通過至少在主面上施加的驅(qū)動(dòng)功率，按照預(yù)定的諧振頻率進(jìn)行振動(dòng)，其特征在于，所述主面包含與如下的X’軸平行的邊和與如下的Z’軸平行的邊而形成，該X’軸是把石英的電軸作為X軸、把機(jī)械軸作為Y軸、把光軸作為Z軸，將所述X軸繞所述Z軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于7度且小于等于17.3度的角度φ而設(shè)定的，該Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英振動(dòng)片，其特征在于，所述諧振頻率為大于等于48MHz且小于等于100MHz，所述主面的面積形成為大于等于4.0mm2且小于等于8.0mm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英振動(dòng)片，其特征在于，所述諧振頻率為大于等于27MHz且小于等于48MHz，所述主面包含與所述X’軸平行的邊和與所述Z’軸平行的邊，所述X’軸是將所述X軸繞所述Z軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于8度且小于等于16度的角度φ而設(shè)定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成，該主面的面積形成為大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英振動(dòng)片，其特征在于，所述諧振頻率為大于等于27MHz且小于等于48MHz，所述主面包含與所述X’軸平行的邊和與所述Z’軸平行的邊，所述X’軸是將所述X軸繞所述Z軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于10度且小于等于14度的角度φ而設(shè)定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成，該主面的面積形成為大于等于0.8mm2且小于等于1.4mm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英振動(dòng)片，其特征在于，所述諧振頻率為大于等于48MHz且小于等于100MHz，所述主面包含與所述X’軸平行的邊和與所述Z’軸平行的邊，所述X’軸是將所述X軸繞所述Z軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于8度且小于等于16度的角度φ而設(shè)定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成，該主面的面積形成為大于等于2.0mm2且小于等于4.0mm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英振動(dòng)片，其特征在于，所述諧振頻率為大于等于48MHz且小于等于100MHz，所述主面包含與所述X’軸平行的邊和與所述Z’軸平行的邊，所述X’軸是將所述X軸繞所述Z軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于9度且小于等于15.5度的角度φ而設(shè)定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成，該主面的面積形成為大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的石英振動(dòng)片，其特征在于，所述角度φ為大于等于11.5度且小于等于12.5度。
8.一種石英振子，其特征在于，具有封裝；以及收納在所述封裝中的權(quán)利要求1至7中的任意一項(xiàng)所述的石英振動(dòng)片。
9.一種石英振蕩器，其特征在于，具有權(quán)利要求1至7中的任意一項(xiàng)所述的石英振動(dòng)片；以及電路部，其至少具有驅(qū)動(dòng)所述石英振動(dòng)片的功能。
全文摘要
本發(fā)明在以厚度切變振動(dòng)為主振動(dòng)的雙旋轉(zhuǎn)切的石英振動(dòng)片中，減小DLD所致的頻率變化量，提供需要更大的驅(qū)動(dòng)功率的小型形狀的石英振動(dòng)片、使用了該石英振動(dòng)片的石英振子以及石英振蕩器。對石英的正交的3個(gè)晶軸進(jìn)行如下設(shè)定，即，把電軸設(shè)為X軸，把與其正交的機(jī)械軸設(shè)為Y軸，把與X軸、Y軸正交的光軸設(shè)為Z軸。首先，設(shè)定以石英坯料(15)的Z軸為中心、將X軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于6.5度且小于等于17.5度的任意角度φ而得到的X’軸，用于得到本發(fā)明的石英振動(dòng)片(20)的石英板(10)具有與該X’軸平行的邊。進(jìn)而，石英板(10)具有平行于以X’軸為中心、將Z軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)大于等于34度且小于等于35度10分的任意角度θ而得到的Z’軸的邊。
文檔編號H03H3/00GK1893269SQ200610099799
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者田中雅子, 前田進(jìn) 申請人:精工愛普生株式會(huì)社