JP5699747B2 - Crystal oscillator - Google Patents
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Description
本発明は水晶振動子に関するものであり、水晶振動板の構造を改善するものである。 The present invention relates to a crystal resonator and improves the structure of a crystal diaphragm.
水晶振動子は共振特性に優れることから、周波数、時間の基準源として広く用いられており、水晶振動板の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため、パッケージ体により気密封止されている。 Since quartz resonators have excellent resonance characteristics, they are widely used as a reference source for frequency and time. A metal thin film electrode is formed on the surface of the quartz diaphragm, and this metal thin film electrode is protected from the outside air. Is hermetically sealed.
このうちOCXOと称される恒温槽型水晶発振器に用いられる水晶振動子では、金属性のパッケージ体が用いられているのが現状である。具体的には、特許文献1に示すように、金属ベースにはガラスなどの絶縁材を介して一対の金属リード端子が植設されており、当該金属リード端子のインナーリード部分には、一対の金属平板のサポート部材が対向して取り付けられている。水晶振動板は、例えば、SCカットやATカット水晶振動板であり、表裏面には励振電極と、各励振電極からの引出電極が形成されている。そして、前記金属サポートの上に水晶振動板が搭載され、導電接合材により電気的機械的に接続されるとともに、前記金属ベースに金属製の蓋を被せて気密封止する構成となっている。
Among these, the crystal resonator used in the thermostatic chamber type crystal oscillator called OCXO currently uses a metallic package. Specifically, as shown in
なお、OCXOは外部の温度変化に影響することなく、水晶振動子を恒温槽内で温度制御することにより周波数の高安定化を行ったものであり、周波数安定度として1×10-7〜1×10-10程度の水晶振動子で得られる最高水準の周波数安定度を得ることができるため、無線基地局や伝送ラインなどの基準周波数として利用されている。 In addition, OCXO is one in which the frequency is stabilized by controlling the temperature of the crystal unit in a thermostat without affecting the external temperature change, and the frequency stability is 1 × 10 −7 to 1 Since the highest level of frequency stability that can be obtained with a crystal resonator of about × 10 −10 can be obtained, it is used as a reference frequency for radio base stations and transmission lines.
特許文献1では、様々な形状の水晶振動板が開示されている。
In
上述のような高安定向けの水晶振動板としては、プラノコンベックス加工するのが主流となっている。水晶振動子の小型化に伴いコンベックス加工された水晶振動板に対しても小さく設計する必要があるが、水晶振動板を小さく設計するとCI値(直列共振抵抗値)が大きくなるなどの問題がある。そこで水晶振動板の小型化に合わせてコンベックス加工の曲率も小さくするのが一般的な手法であるが、振動エネルギー閉じ込め効果が入りすぎてしまい、駆動レベルが低い状態(低ドライブ)で過電流となり、振動特性として非線形的な変動を起こすなどの問題点を有していた。特にこのようなコンベックス加工による問題は直径が8mm以下の小型水晶振動板に顕著な傾向が現れているのが現状であった。 As the above-described crystal plate for high stability, it is the mainstream to perform plano convex processing. Although it is necessary to design a quartz crystal plate that has been convex-processed with a reduction in size of the crystal unit, there is a problem that a CI value (series resonance resistance value) increases if the crystal plate is designed to be small. . Therefore, it is common practice to reduce the curvature of the convex processing in accordance with the miniaturization of the quartz diaphragm. However, the vibration energy confinement effect is excessive, and overcurrent occurs when the drive level is low (low drive). However, it has problems such as causing nonlinear fluctuations as vibration characteristics. In particular, such a problem due to the convex processing is that a remarkable tendency appears in a small crystal diaphragm having a diameter of 8 mm or less.
そこで特許文献2に示すような水晶振動板が提案されているが、水晶振動板を曲率半径の異なる多段のプラノコンベックス形状に加工するのに時間がかかりコスト高となる。またより特性を向上させるため水晶振動板を曲率半径の異なる多段のプラノコンベックス形状に加工したとしても、主振動のエネルギートラップを完全に達成すること技術的に困難であり、主振動以外のスプリアス振動が発生してしまうことがあった。
Therefore, a quartz diaphragm as shown in
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、安価で小型化にも対応させながらスプリアス振動の抑制も行えるより電気的特性の優れた高安定向けの水晶振動子を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a highly stable crystal resonator having superior electrical characteristics and capable of suppressing spurious vibration while being inexpensive and compatible with downsizing. Objective.
そこで、本発明の水晶振動子は、略円盤形状に形成された厚みすべり水晶振動板があり、前記水晶振動板の片面には、曲率半径の異なる2つ以上の曲率部を有するプラノコンベックス研磨加工部を形成してなり、前記水晶振動板の中央に曲率半径の最も大きなプラノコンベックス研磨加工部と、前記水晶振動板の端部に曲率半径の最も小さなプラノコンベックス研磨加工部とを有し、前記水晶振動板の中央から前記水晶振動板の端部に向かって、各プラノコンベック研磨加工部の曲率半径が順次小さく形成され、かつ各プラノコンベック研磨加工部の表面粗さが順次粗く形成されてなり、前記水晶振動板の中央の曲率半径の最も大きなプラノコンベックス研磨加工部の表面粗さを平均粗さ(Ra)計測法で5nm〜500nmに形成し、前記水晶振動板の端部の曲率半径の最も小さなプラノコンベックス研磨加工部の表面粗さを平均粗さ(Ra)計測法でした5μm〜50μmに形成したことを特徴とする。 Therefore, the crystal resonator of the present invention has a thickness-sliding crystal diaphragm formed in a substantially disc shape, and a planar surface polishing process having two or more curvature portions having different curvature radii on one surface of the crystal diaphragm. A plano-convex polishing portion having the largest radius of curvature at the center of the quartz plate , and a plano-convex grinding portion having the smallest radius of curvature at the end of the quartz plate, From the center of the quartz diaphragm toward the end of the quartz diaphragm, the radius of curvature of each plano-convex polished portion is formed sequentially smaller, and the surface roughness of each plano-convex polished portion is sequentially formed rough. The surface roughness of the plano-convex polished portion having the largest radius of curvature at the center of the quartz diaphragm is formed to 5 nm to 500 nm by an average roughness (Ra) measurement method, Characterized in that formed on 5μm~50μm was crystallized smallest Plano Convex polishing part surface roughness average roughness of the curvature radius of the end portion of the diaphragm (Ra) measurement method.
上記構成により、前記水晶振動板の片面には、曲率半径の異なる2つ以上の曲率部を有するプラノコンベックス研磨加工部を形成してなり、前記水晶振動板中央に曲率半径の最も大きなプラノコンベックス研磨加工部と、前記水晶振動板端部に曲率半径の最も小さなプラノコンベックス研磨加工部とを有していることで、水晶振動板の小型化に対応させながら、エネルギー閉じ込め効果の低下をなくし、主振動のCI値(直列共振抵抗値)特性やCI値(直列共振抵抗値)温度特性などを改善することができる。また水晶振動板の小型化にともなって、曲率の小さなプラノコンベックス研磨加工部のみを形成してエネルギー閉じ込め効果が高まりすぎることによる弊害を曲率の大きなプラノコンベックス研磨加工部によって改善することができる。特に水晶振動板の駆動レベルによる周波数変動量が小さくなり線形のより高安定な電気的特性が得られる。結果として主振動の共振レベルを向上させ安定させることができる。 With the above configuration, a plano-convex polishing portion having two or more curvature portions having different curvature radii is formed on one side of the crystal diaphragm, and the plano-convex polishing having the largest curvature radius is provided at the center of the crystal diaphragm. By having a machined part and a plano-convex polished machined part with the smallest radius of curvature at the end of the quartz diaphragm, the reduction of the energy confinement effect is eliminated while accommodating the miniaturization of the quartz diaphragm. The CI value (series resonance resistance value) characteristic of vibration and the CI value (series resonance resistance value) temperature characteristic can be improved. In addition, with the downsizing of the quartz diaphragm, it is possible to improve the adverse effect caused by the formation of only the plano-convex polished portion having a small curvature and the excessive energy confinement effect by the plano-convex polished portion having a large curvature. In particular, the amount of frequency fluctuation due to the driving level of the quartz diaphragm is reduced, and linear and more stable electrical characteristics can be obtained. As a result, the resonance level of the main vibration can be improved and stabilized.
またプラノコンベックス研磨加工部として水晶振動板の一主面(片面)のみに研磨加工領域を形成しているので、完成した水晶振動板の最厚肉部分(頂点部)の設計やその位置認識が容易となり、周波数設計や励振電極の形成位置の最適化が容易に行え、生産性の優れた水晶振動板が得られる。なお、基本波を主振動として使う水晶振動子よりも振動領域が小さいオーバートーンを主振動として使う水晶振動子のほうがこのようなメリットを生かせる点でより好ましい。 In addition, because the polishing area is formed only on one main surface (single side) of the quartz diaphragm as a plano-convex grinding part, the design and position recognition of the thickest part (vertex part) of the completed quartz diaphragm is possible. This makes it easy to optimize the frequency design and excitation electrode forming position, and to obtain a crystal plate with excellent productivity. Note that a crystal resonator that uses an overtone having a small vibration region as a main vibration is more preferable than a crystal resonator that uses a fundamental wave as a main vibration in terms of taking advantage of such advantages.
また前記水晶振動板中央から前記水晶振動板端部に向かって、各プラノコンベック研磨加工部の曲率半径が順次小さく形成され、かつ各プラノコンベック研磨加工部の表面粗さが順次粗く形成されてなるため、水晶振動板の中央の曲率部より水晶振動板の端部の曲率部の表面粗さが粗く形成することができる。特に曲率半径が小さく研磨加工に時間がかかる一方で主振動には悪影響が生じにくい水晶振動板端部のプラノコンベックス研磨加工部を粗研磨のみで加工できるため、加工時間が飛躍的短縮できる。加えてこの粗研磨により加工された表面粗さの粗い水晶振動板端部のプラノコンベックス研磨加工部により、水晶振動板の端部付近に存在するスプリアスを抑制することができる。また表面粗さの粗い水晶振動板端部のプラノコンベックス研磨加工部と保持部材を導電接合材で接合することで、その接合強度も同時に高めることができる。 Further, from the center of the quartz diaphragm toward the end of the quartz diaphragm, the radius of curvature of each plano-convex polishing portion is formed sequentially small, and the surface roughness of each plano-convex polishing portion is sequentially formed rough. Therefore, the surface roughness of the curvature portion at the end portion of the quartz crystal plate can be formed to be rougher than the curvature portion at the center of the quartz plate. In particular, the plano-convex polishing portion at the end of the crystal diaphragm that has a small radius of curvature and takes a long time for polishing but does not adversely affect the main vibration can be processed only by rough polishing, so that the processing time can be dramatically reduced. In addition, it is possible to suppress spurious existing in the vicinity of the end portion of the crystal diaphragm by the plano-convex polishing processing portion at the end portion of the crystal diaphragm having a rough surface processed by the rough polishing. Moreover, the joining strength can also be raised simultaneously by joining the plano-convex grinding | polishing processing part and holding member of the crystal diaphragm edge part with a rough surface roughness with a conductive joining material.
本発明では、曲率半径の異なる3つ以上の曲率部を有するプラノコンベックス研磨加工部を構成してもよい。一般的に、水晶振動板を粗く研磨加工することで早く削れ、研磨加工時間を短縮することができるものの水晶振動板に対する残留加工応力が大きくなり、水晶振動板として加工歪が残ることがある。これに対して、曲率半径の異なる3つ以上の曲率部を有することで、前記水晶振動板中央に曲率半径の最も大きなプラノコンベックス研磨加工部と、前記水晶振動板端部に曲率半径の最も小さなプラノコンベックス研磨加工部の間にこれらの中間プラノコンベックス研磨加工部を順次形成される。このため段階的に粗く形成されて、水晶振動板の加工歪の影響を軽減することができる。特に水晶振動板端部で生じやすい加工歪が水晶振動板中央部に直接伝わらないため、主振動に対する悪影響も抑制することができ、スプリアス振動を抑えるのにさらに好ましい形態となる。 In the present invention, a plano-convex polishing part having three or more curvature parts having different curvature radii may be configured. In general, the quartz vibration plate can be sharply polished by rough polishing, and the polishing time can be shortened. However, the residual processing stress on the crystal vibration plate increases, and processing strain may remain as the crystal vibration plate. On the other hand, by having three or more curvature portions having different curvature radii, the plano-convex polished portion having the largest curvature radius at the center of the quartz diaphragm and the smallest curvature radius at the end of the quartz diaphragm. These intermediate plano-convex polishing parts are sequentially formed between the plano-convex polishing parts. For this reason, it is formed rough stepwise, and the influence of the processing distortion of the crystal diaphragm can be reduced. In particular, since processing strain that is likely to occur at the end of the quartz diaphragm is not directly transmitted to the center of the quartz diaphragm, adverse effects on the main vibration can be suppressed, which is a more preferable form for suppressing spurious vibration.
本発明により、安価で水晶振動板の小型化に対応させながら、CI値(直列共振抵抗値)を向上させることができ、水晶振動板の駆動レベルによる周波数変動量も小さくすることができる。線形の特性が得られる高安定向けの水晶振動子を提供することができる。またスプリアス振動による寄生発振も生じにくく、CI値(直列共振抵抗値)温度特性等も改善することができる。 According to the present invention, it is possible to improve the CI value (series resonance resistance value) while reducing the size of the quartz diaphragm at a low cost, and to reduce the frequency fluctuation amount due to the driving level of the quartz diaphragm. It is possible to provide a highly stable crystal resonator capable of obtaining linear characteristics. Further, parasitic oscillation due to spurious vibrations hardly occurs, and CI value (series resonance resistance value) temperature characteristics and the like can be improved.
次に、本発明による実施の形態を、水晶振動子を例にとり、図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態を示す水晶振動子の分解斜視図であり、図2は本発明の実施例1を示す水晶振動板の平面図であり、図3は図2のA−A線に沿った断面図である。図4は本発明の実施例2を示す水晶振動板の平面図であり、図5は図4のB−B線に沿った断面図である。なお、各形態において同様の部分については同番号を付すとともに特に必要がなければ説明の一部を割愛している。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a crystal resonator as an example. FIG. 1 is an exploded perspective view of a crystal resonator showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a crystal diaphragm showing Example 1 of the present invention, and FIG. 3 is a line AA in FIG. FIG. FIG. 4 is a plan view of a crystal
ベース1は全体として低背の長円柱形状であり、金属製のシェルを主とするベース本体10に金属リード端子11,12が貫通して植設された構成であり、絶縁ガラスGがベース本体の一部に充填されることにより、これら金属リード端子11,12は電気的に独立して一体形成されている。
The
金属リード端子11,12は細長い円柱形状であり、このインナーリードの先端部には、後述する金属サポート13,14が溶接の手法(レーザー溶接、スポット溶接等)により対向して取り付けられている。このため、前記金属サポートを金属リード端子に搭載する場合に傾くことなく水平に安定し搭載でき、溶接面積も拡大するので、接合強度が向上し、金属サポートを金属リード端子溶接する際の信頼性が飛躍的に向上する。
The
金属サポート13,14は、例えばニッケル鉄系の低熱膨張性の合金で、水晶の熱膨張係数の半分ぐらいから熱膨張係数がゼロに近いもの、あるいは水晶の熱膨張係数に近似している金属材料を用いている、具体的に三菱マテリアル株式会社製のものであれば、MA―INV36<Fe-36Ni>(インバー/アンバー)、MA−S−INVER<Fe-32Ni-5Co>(スーパーインバー)、MA902<Fe-42Ni-Cr-Ti>(NI−SPAN−C)等があげられる。 The metal supports 13 and 14 are, for example, nickel iron-based low thermal expansion alloys having a thermal expansion coefficient close to zero from about half the thermal expansion coefficient of quartz, or a metal material that approximates the thermal expansion coefficient of quartz. If the material is manufactured by Mitsubishi Materials Corporation, MA-INV36 <Fe-36Ni> (Invar / Amber), MA-S-INVER <Fe-32Ni-5Co> (Super Invar), MA902 <Fe-42Ni-Cr-Ti> (NI-SPAN-C) and the like.
このような金属サポート13,14は、図示しないが、例えば厚みが0.1mmのインバーなどの金属母材に対してその表裏主面に対して3〜10μmの銅メッキからなる当該金属サポートより熱伝導率の高い金属膜が形成されている。また前記金属リード端子と接合されるリード接続部と、断面略コ字形状で後述する水晶振動板を挟み込んだ状態で保持する水晶振動板保持部とを有している。 Although not shown, such metal supports 13 and 14 are heated more than the metal support made of copper plating of 3 to 10 μm with respect to the front and back main surfaces of a metal base material such as invar having a thickness of 0.1 mm, for example. A metal film having high conductivity is formed. In addition, it has a lead connecting portion joined to the metal lead terminal, and a crystal diaphragm holding portion that holds the crystal diaphragm described later with a substantially U-shaped cross section.
上記金属サポート13,14と後述する水晶振動板2とを接合する金属ろう材としては、例えばAuGe、AuSn、Auなどの金系合金ろう材ペレットを用い、前記金属サポートの金属ろう材溜まり部などに対して予め溶接などで取り付けるとよい。なお、上述の実施形態の構成に限らず、前記リード端子のインナーリード先端部が、釘頭形状のもののみを例にしているが、通常のインナーリード形状のものにでも適用できる。また接合構成として金属ろう材によるものに限らず、導電性樹脂接着剤を用いてもよく、金属ろう材と導電性樹脂接着剤を組み合わせたものであってもよい。
As the metal brazing material for joining the metal supports 13 and 14 to the
水晶振動板2は、例えばATカットやSCカットの略円盤形状の厚みすべり水晶振動板からなり、周波数が3次オーバートーンで5MHzのものを用いている。また水晶振動板の一方の主面(片面)には、曲率半径の異なる2つ以上の曲率部を有するプラノコンベックス研磨加工部を形成している。実施例1では、水晶振動板2の中央に曲率半径の最も大きなプラノコンベックス研磨加工部21と、水晶振動板2の端部に曲率半径の最も小さなプラノコンベックス研磨加工部22の2つのプラノコンベックス研磨加工部を有している。さらに水晶振動板2の中央のプラノコンベックス研磨加工部21から水晶振動板2の端部のプラノコンベックス研磨加工部22に向かって、プラノコンベック研磨加工部の曲率半径が順次小さく形成されている。
The
具体的にはプラノコンベックス研磨加工部21は曲率半径400mm(R400)で構成され、プラノコンベックス研磨加工部22は曲率半径150mm(R150)で構成されている。なお水晶振動板2のうちの特定の軸に沿った両端部には、必要に応じてオリエンテーションフラット24を形成してもよい。また水晶振動板2の両主面の端部には、図示していないが必要に応じてベベル研磨加工部(例えば曲率半径45mmのもの(R45))を構成してもよい。
Specifically, the plano-
また水晶振動板2の中央のプラノコンベックス研磨加工部21から水晶振動板2の端部のプラノコンベックス研磨加工部22に向かって、各プラノコンベック研磨加工部の表面粗さが順次粗く形成されている。実施例1では、具体的にプラノコンベックス研磨加工部21の曲率部の表面粗さを平均粗さ(Ra)計測法で5nm〜500nm程度に形成し、プラノコンベックス研磨加工部22の曲率部の表面粗さを平均粗さ(Ra)計測法で5μm〜50μm程度に形成している。
Further, the surface roughness of each plano-convex polishing portion is gradually increased from the plano-
水晶振動板2の表裏面には、真空蒸着法やスパッタリング法等の手法により図示しない励振電極と引出電極、金属ろう材との接続電極などを形成している。電極が形成された水晶振動板2を図示しない金属ろう材などにより金属サポート13,14に電気的機械的な接合がなされる。またこのような状態で水晶振動板が搭載されたベース1に図示しない蓋を被覆し真空雰囲気中で気密封止することで最終的な水晶振動子が完了する。
On the front and back surfaces of the
水晶振動板2は、例えばATカットやSCカットの略円盤形状の厚みすべり水晶振動板からなり、周波数が基本波で10MHzのものを用いている。上記実施例1では2つのプラノコンベックス研磨加工部を有した水晶振動板2を例にして説明したが、図4に示すように、実施例2では、水晶振動板2の中央に曲率半径の最も大きなプラノコンベックス研磨加工部21と、水晶振動板2の端部に曲率半径の最も小さなプラノコンベックス研磨加工部22と、これらの間に曲率半径も中間的なプラノコンベックス研磨加工部23の3つのプラノコンベックス研磨加工部を有している。さらに上記実施例1と同様に水晶振動板2の中央のプラノコンベックス研磨加工部21からプラノコンベックス研磨加工部23、およびプラノコンベックス研磨加工部23から水晶振動板2の端部のプラノコンベックス研磨加工部22に向かって、プラノコンベック研磨加工部の曲率半径が順次小さく形成されている。
The
具体的にはプラノコンベックス研磨加工部21は曲率半径400mm(R400)で構成され、プラノコンベックス研磨加工部23は曲率半径200mm(R200)で構成され、プラノコンベックス研磨加工部22は曲率半径100mm(R100)で構成されている。なお水晶振動板2のうちの特定の軸に沿った両端部には、必要に応じてオリエンテーションフラット24を形成してもよい。また水晶振動板2の両主面の端部には、図示していないが必要に応じてベベル研磨加工部(例えば曲率半径45mmのもの(R45))を構成してもよい。
Specifically, the plano-
また水晶振動板2の中央のプラノコンベックス研磨加工部21からプラノコンベックス研磨加工部23、およびプラノコンベックス研磨加工部23から水晶振動板2の端部のプラノコンベックス研磨加工部22に向かって、各プラノコンベック研磨加工部の表面粗さが順次粗く形成されている。実施例2では、具体的にプラノコンベックス研磨加工部21である水晶振動板2の曲率部の表面粗さを平均粗さ(Ra)計測法で5nm〜500nm程度に形成し、プラノコンベックス研磨加工部23の曲率部の表面粗さを平均粗さ(Ra)計測法で500nm〜5μm程度に形成し、プラノコンベックス研磨加工部22の曲率部の表面粗さを平均粗さ(Ra)計測法で5μm〜50μm程度に形成している。
Further, the plano-
上記実施例1、実施例2により、水晶振動板2の小型化に対応させながら、エネルギー閉じ込め効果の低下をなくし、主振動のCI値(直列共振抵抗値)特性やCI値(直列共振抵抗値)温度特性などを改善することができる。また水晶振動板2の小型化にともなって、曲率の小さなプラノコンベックス研磨加工部のみを形成してエネルギー閉じ込め効果が高まりすぎることによる弊害を曲率の大きなプラノコンベックス研磨加工部によって改善することができる。特に水晶振動板の駆動レベルによる周波数変動量が小さくなり線形のより高安定な電気的特性が得られる。結果として主振動の共振レベルを向上させ安定させることができる。
According to the first and second embodiments, the reduction of the energy confinement effect is eliminated and the CI value (series resonance resistance value) characteristics and the CI value (series resonance resistance value) of the main vibration are eliminated while corresponding to the miniaturization of the crystal diaphragm 2. ) Temperature characteristics can be improved. Further, as the
またプラノコンベックス研磨加工部21,22,23として水晶振動板の一主面(片面)のみに研磨加工領域を形成しているので、完成した水晶振動板2の最厚肉部分(頂点部)の設計やその位置認識が容易となり、周波数設計や励振電極の形成位置の最適化が容易に行え、生産性の優れた水晶振動板2が得られる。なお、実施例2のような基本波を主振動として使う水晶振動子2よりも実施例1のような振動領域が小さい3次オーバートーンを主振動として使う水晶振動子のほうがこのようなメリットを生かしやすい。
Further, since the polishing region is formed only on one main surface (one side) of the quartz diaphragm as the plano-
また水晶振動板2の中央のプラノコンベックス研磨加工部(曲率部)21より水晶振動板の端部のプラノコンベックス研磨加工部(曲率部)22の表面粗さが粗く形成することができる。特に曲率半径が小さく研磨加工に時間がかかる一方で主振動には悪影響が生じにくい水晶振動板端部のプラノコンベックス研磨加工部22を粗研磨のみで加工できるため、加工時間が飛躍的短縮できる。加えてこの粗研磨により加工された表面粗さの粗い(平均粗さ(Ra)計測法で5μm〜50μm)水晶振動板端部のプラノコンベックス研磨加工部22により、水晶振動板2の端部付近に存在するスプリアスを抑制することができる。また表面粗さの粗い水晶振動板端部のプラノコンベックス研磨加工部22と保持部材(金属サポート13,14)を導電接合材(金属ろう材など)で接合することで、その接合強度も同時に高めることができる。
In addition, the surface roughness of the plano-convex polishing portion (curvature portion) 22 at the end of the quartz diaphragm can be made rougher than the plano-convex polishing portion (curvature portion) 21 at the center of the
また実施例2のように、曲率半径の異なる3つ以上の曲率部(プラノコンベックス研磨加工部21,22,23)を有することで、水晶振動板2の中央に曲率半径の最も大きなプラノコンベックス研磨加工部21と、水晶振動板2の端部に曲率半径の最も小さなプラノコンベックス研磨加工部22の間にこれらの中間的なプラノコンベックス研磨加工部23を順次形成される。このため段階的に粗く形成されて、水晶振動板2の加工歪の影響を軽減することができる。特に水晶振動板2の端部で生じやすい加工歪が水晶振動板2の中央部に直接伝わらないため、主振動に対する悪影響も抑制することができ、スプリアス振動を抑えるのにさらに好ましい形態となる。
Further, as in the second embodiment, by having three or more curvature portions (plano
上記実施形態により、外部環境温度の変化により金属サポート13,14の熱膨張が生じることがほとんどなくなり、金属サポート13,14から水晶振動板2に対して外部環境温度の変化による応力を与えることがなくなる。経年変化に対する応力もより一層抑制できる。熱伝導率の高いCuメッキを金属サポートの外部表面に形成されていることで、外部環境温度の変化による水晶振動子のパッケージ体(蓋とベース1)外部の温度に対してCuメッキ(金属膜M)が遅れなく水晶振動板2に対して温度を伝え、温度差が生じることがほとんどなくなる。結果として低熱膨張でありながら、熱伝導率も同時に高めることができ、高安定向けの水晶振動子に望ましい保持構造が得られ、水晶振動子のエージング特性と熱追従性を同時かつより効果的に高めることができ、より安定した周波数温度特性を得ることができる。OCXOとして水晶振動子を利用する場合の起動特性も向上することができる。つまり水晶振動子を恒温槽内で所定温度まで加熱して周波数が安定するまでの時間もより短時間で起動させることができる。
According to the above embodiment, the thermal expansion of the metal supports 13 and 14 hardly occurs due to the change of the external environment temperature, and stress due to the change of the external environment temperature is applied from the metal supports 13 and 14 to the
また、金属膜を金属サポート13,14の表裏主面に形成することで金属サポート全体としての熱変形に偏りが生じることがなくなり、水晶振動板2に対して余分な応力をかけることがない上で好ましい。特に金属膜としてCuメッキを用いることで、金属ろう材が溶融する際に濡れ性がよく、金属ろう材による接合力を向上させることができる。汎用されるメッキ浴を用いて比較的安価かつ容易にメッキ形成することができ、伝熱性に優れた金属膜を形成することができる。インバーやスーパーインバーなどニッケル鉄系の低熱膨張性の合金からなる厚さ0.1mmの金属母材に対してCuメッキとして3〜10μmの厚みで形成することで、コストを抑えながら安定した伝熱性を維持し、サポート全体としての低熱膨張性能の維持や不要な熱応力の悪影響をなくすことができる。Cuメッキとして3μmより薄く形成すると伝熱性が低下する。Cuメッキとして10μmより厚く形成すると金属サポートの曲げ加工等によりメッキの割れの危険性が増したり、サポート全体としての熱膨張性能にも悪影響が生じ水晶振動板に対して不要な熱的な応力を加わりやすくなる危険性が高まる。特にCuメッキの厚みにより適正に熱伝導率を調整することができ、上述のように3〜10μmの厚みでCuメッキを形成することで、水晶振動子の周波数のハンチング(オーバーシュート)を起すことなく、水晶振動板へ伝わる熱遅延することもない条件で保持部材を作成することができる。
In addition, since the metal film is formed on the front and back main surfaces of the metal supports 13 and 14, there is no bias in the thermal deformation of the entire metal support, and no extra stress is applied to the
また、前記金属ろう材がAuGe、AuSn、Auなどの金系合金ろう材からなり、かつ前記水晶振動板2の表裏主面に形成される図示しない励振電極と引出電極、金属ろう材との接続電極が金を主成分とするクロムやニッケルの下地電極層の上面に金電極層が形成されている。このため、励振電極や金属ろう材が酸化等の電気的特性の劣化が生じにくい安定した材料となるので、エージング特性もさらに高めることができる。
Further, the metal brazing material is made of a gold-based alloy brazing material such as AuGe, AuSn, or Au, and the connection between an excitation electrode (not shown) formed on the front and back main surfaces of the
なお本発明の水晶振動子は、上記実施形態のようにリード端子を有する金属性のパッケージ体に限らず、例えばアルミナ等のセラミック絶縁材料とタングステンやモリブデン等の導電材料とを適宜積層したセラミック積層基板を用いた表面実装型のパッケージ体であってもよい。 The crystal unit of the present invention is not limited to a metallic package having lead terminals as in the above embodiment, but is a ceramic laminate in which a ceramic insulating material such as alumina and a conductive material such as tungsten or molybdenum are appropriately laminated. It may be a surface mount type package body using a substrate.
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施できるので、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求範囲によって示すものであって、明細書本文に拘束されるものではない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof, and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not limited by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明は、水晶振動子等の圧電振動デバイスに適用できる。 The present invention can be applied to a piezoelectric vibration device such as a crystal resonator.
1 ベース
10 ベース本体
11,12 リード端子
13,14 金属サポート
2 水晶振動板
1
Claims (1)
略円盤形状に形成された厚みすべり水晶振動板があり、
前記水晶振動板の片面には、曲率半径の異なる2つ以上の曲率部を有するプラノコンベックス研磨加工部を形成してなり、
前記水晶振動板の中央に曲率半径の最も大きなプラノコンベックス研磨加工部と、前記水晶振動板の端部に曲率半径の最も小さなプラノコンベックス研磨加工部とを有し、
前記水晶振動板の中央から前記水晶振動板の端部に向かって、各プラノコンベック研磨加工部の曲率半径が順次小さく形成され、かつ各プラノコンベック研磨加工部の表面粗さが順次粗く形成されてなり、
前記水晶振動板の中央の曲率半径の最も大きなプラノコンベックス研磨加工部の表面粗さを平均粗さ(Ra)計測法で5nm〜500nmに形成し、
前記水晶振動板の端部の曲率半径の最も小さなプラノコンベックス研磨加工部の表面粗さを平均粗さ(Ra)計測法でした5μm〜50μmに形成したことを特徴とする水晶振動子。 A quartz crystal,
There is a thickness-slip quartz crystal plate formed in a substantially disk shape,
On one side of the crystal diaphragm, a plano-convex polishing part having two or more curvature parts with different curvature radii is formed,
A plano-convex polishing portion having the largest radius of curvature at the center of the quartz plate , and a plano-convex polishing portion having the smallest radius of curvature at the end of the quartz plate,
From the center of the quartz diaphragm toward the end of the quartz diaphragm, the radius of curvature of each of the plano-convex polishing parts is sequentially reduced, and the surface roughness of each of the plano-convex polishing parts is successively increased. Do Ri,
The surface roughness of the plano-convex polished portion with the largest radius of curvature at the center of the quartz diaphragm is formed to 5 nm to 500 nm by an average roughness (Ra) measurement method
A crystal resonator in which the surface roughness of a polished portion of the plano-convex having the smallest radius of curvature at the end of the crystal diaphragm is formed to 5 μm to 50 μm by an average roughness (Ra) measurement method .
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