專利名稱：石英振動片、石英振子以及石英振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及以厚度切變振動為主振動、具有繞石英的晶軸的兩個軸傾斜的切斷面的雙旋轉切(double rotation cut)的石英振動片、使用了該石英振動片的石英振子以及石英振蕩器。
背景技術：
通常，在通信設備、信息設備以及家用設備等的電子設備中所使用的振子、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。石英振動片采用以預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)域內能獲得穩(wěn)定的頻率而以往至今被用于石英振動片。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軸以順時針方向(以從X軸的-X方向朝+X方向觀察的情況為基準)旋轉35度15分所成的切角進行切割而得到的。該切割方式稱為單旋轉切(single rotationcut)。公知的是，使用了該AT切石英板的石英振動片，在由于溫度的變動而使頻率變化的、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軸旋轉后、以該新的軸為中心而使另一個軸旋轉后的面上進行切割(例如，專利文獻2)。該切割方式稱為雙旋轉(2次旋轉)切。
專利文獻1日本特開平5-235678號公報專利文獻2日本特開2004-7420號公報但是，在石英振動片的特性中，除所述的頻率溫度特性之外，還具有驅動電平依賴性(Drive Level Dependency)，即，通過施加用于使石英振動片振動的驅動功率(下面稱為“驅動功率”。)，使諧振頻率發(fā)生變化等。下面，將驅動電平依賴性所導致的諧振頻率的變化量稱為“DLD”。
關于該DLD，采用圖13詳細地進行說明。圖13是表示驅動功率和頻率變化量之間的相關度、即DLD的圖。在圖13中示出了近似線，該近似線表示每個諧振頻率和振動片的主面的大小(芯片尺寸)的DLD。各個近似線的詳細情況如下所述。
(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與驅動功率大致成正比，驅動功率越大則頻率的變化量越大。進而，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2所示的現有的石英振動片中，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片，則會產生DLD變大、超過所允許的頻率變化量的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是鑒于上述問題進行的，其目的在于能夠通過減小DLD而提供需要更大的驅動功率的小型形狀的石英振動片、使用了該石英振動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行了各種研究、實驗，結果發(fā)現了在需要更大驅動功率的小型形狀的石英振動片中具有較小的DLD的切角。本發(fā)明就是根據該發(fā)現而做成的。
本發(fā)明的石英振動片通過至少在主面上施加的驅動功率，按照預定的諧振頻率進行振動，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軸以順時針方向旋轉大于等于7度且小于等于17.3度的角度φ而設定的，該Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時針方向旋轉大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成。
根據本發(fā)明的石英振動片，通過使用使X軸和Z軸按照預定的角度旋轉的雙旋轉切，能夠減小DLD。即，即使是需要較大驅動功率(激勵電平)的石英振動片，也能將DLD抑制為較小，能夠提供高頻率精度(高品質)的石英振動片。
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左右的驅動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的石英振動片進行振動，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軸以順時針方向旋轉大于等于8度且小于等于16度的角度φ而設定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時針方向旋轉大于等于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左右的驅動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的石英振動片進行振動，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軸以順時針方向旋轉大于等于10度且小于等于14度的角度φ而設定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時針方向旋轉大于等于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左右的驅動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的石英振動片振動，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軸以順時針方向旋轉大于等于8度且小于等于16度的角度φ而設定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時針方向旋轉大于等于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左右的驅動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的石英振動片振動，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軸以順時針方向旋轉大于等于9度且小于等于15.5度的角度φ而設定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時針方向旋轉大于等于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左右的驅動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的石英振動片振動，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，能夠進一步將DLD抑制得較小。即，能夠提供如下的石英振動片即使以500μW左右的驅動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的石英振動片振動，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片。
根據本發(fā)明的石英振子，通過將所述雙旋轉切的石英振動片收納于封裝內而使用，能夠減小DLD。即，即使是需要較大驅動功率(激勵電平)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)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片和至少具有驅動所述石英振動片的功能的電路部。
根據本發(fā)明的石英振蕩器，通過使用所述雙旋轉切的石英振動片，能夠使DLD減小。即，即使是需要較大驅動功率(激勵電平)的石英振動片，也能將DLD抑制得較小。并且，由于具有石英振動片和電路部，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)的小型的石英振蕩器。


圖1是第一實施方式的雙旋轉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片的立體圖。
圖3是表示實施例1的石英振動片的激勵電平和頻率偏差之間的相關度的曲線圖。
圖4是表示實施例2的石英振動片的激勵電平和頻率偏差之間的相關度的曲線圖。
圖5是表示實施例3的石英振動片的激勵電平和頻率偏差之間的相關度的曲線圖。
圖6是表示實施例4的石英振動片的激勵電平和頻率偏差之間的相關度的曲線圖。
圖7是表示實施例5的石英振動片的激勵電平和頻率偏差之間的相關度的曲線圖。
圖8表示第二實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是現有的單旋轉切的石英板的概略圖。
圖13是說明DLD的曲線圖。
具體實施例方式
根據附圖對本發(fā)明的石英振動片、石英振子和石英振蕩器的優(yōu)選方式進行詳細說明。
(第一實施方式)用圖1和圖2說明本發(fā)明的石英振動片。圖1表示第一實施方式的雙旋轉切的石英板的概要。圖2是表示從圖1所示的石英板切出的石英振動片的立體圖。
如圖1所示，對石英的正交的3個晶軸作如下設定，即，把電軸設為X軸，把與其正交的機械軸設為Y軸，把與X軸、Y軸正交的光軸設為Z軸。用于得到本發(fā)明的石英振動片的石英板(也稱為石英基板)10首先設定以石英坯料15的Z軸為中心、將X軸以順時針方向(以從Z軸的-Z方向朝+Z方向觀察的情況為基準)旋轉角度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軸以順時針方向(以從X’軸的-X’方向朝+X’方向觀察的情況為基準)旋轉角度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行切割，形成了所謂的雙旋轉切的石英板10。進而，將石英板10的兩個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片20。而且，同時，Y軸也2次旋轉，但在圖1中沒有示出。在圖2中將切出的石英振動片的厚度方向上的軸表示為將Y軸2次旋轉而得到的Y”軸。
對石英振動片20的細節(jié)進行說明。圖2所示的石英振動片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與石英振動片20的諧振頻率具有成反比的關系，石英振動片20的厚度T越薄則諧振頻率越高。在各個主面23、24的表面的中央部形成有激勵電極25。在表面的主面23上形成的激勵電極25經引出電極26與外部連接電極27a相連接。而且，另一個外部連接電極27b通過石英振動片20的側面與未圖示的里面的外部連接電極、引出電極和激勵電極相連接。通過從未圖示的振蕩電路對該表里的激勵電極25施加驅動功率，石英振動片20以預定的頻率進行振蕩。而且，表示該驅動功率的大小，有時稱為激勵電平或者驅動電平。
在前述的背景技術中也進行了描述，但石英振動片20的諧振頻率根據驅動功率的大小而發(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軸的旋轉角度φ來切出石英板10，試制了根據本發(fā)明的雙旋轉切的厚度切變模式的石英振動片20。而且，在該試制中，關注了需要較大的驅動功率的小型(主面的面積較小的石英振動片)和高頻帶的石英振動片20。
進而，關于試制出的各個石英振動片20，在常溫下使驅動功率(激勵電平)階段性地變化，同時測量諧振頻率。其結果是發(fā)現了通過設定諧振頻率、角度φ、角度θ以及主面的面積，能夠形成具有實用上沒有任何問題的DLD的石英振動片20。特別是發(fā)現了在角度φ大于等于11.5度且小于等于12.5度的范圍內切出的石英振動片20可使DLD顯著變小。在此，通常所要求的實用上不成問題的頻率變化量是指，對石英振動片20施加直至500μW左右的施加了直至500μW左右的驅動功率時的DLD為小于等于5ppm。
根據本實施方式的石英振動片20，能夠使DLD減小。詳細地說能夠提供如下的石英振動片20施加了直至500μW左右的施加了直至500μW左右的驅動功率時的頻率變化量、即DLD為小于等于5ppm。這樣，即使是需要較大驅動功率的石英振動片，也能提供DLD較小的、高頻率精度(高品質)的石英振動片20。
此外，在角度φ為大于等于11.5且小于等于12.5的范圍內切出的石英振動片20中，能夠進一步減小施加了直至500μW左右的驅動功率時的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施方式中，將石英振動片說明為矩形形狀，但石英振動片的形狀不限于此。例如，圓形或方形等形狀的石英振動片也具有同等的效果。
(實施例1)階段性地改變X軸的旋轉角度φ來切出石英板，試制了根據本發(fā)明的厚度切變模式的諧振頻率為48MHz和100MHz的石英振動片。各個諧振頻率的石英振動片的芯片尺寸為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、即現有的單旋轉切的石英振動片。然后，關于實施例1的石英振動片，使激勵電平變化到700μW左右的同時測量出頻率變化量(頻率偏差ΔF(ppm))。
其結果如圖3所示。圖3是表示實施例1的石英振動片的激勵電平和頻率偏差之間的相關度的曲線圖，縱軸表示頻率偏差，橫軸表示激勵電平(μW)。而且，橫軸是對數刻度。圖3中的曲線表示如下所示的石英振動片的DLD。
(1a)實施例1中的諧振頻率為100MHz，角度φ為7度、以及17.3度。
(2a)實施例1中的諧振頻率為48MHz，角度φ為7度、以及17.3度。
(3a)實施例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，通常石英振動片的DLD從超過10μW起慢慢增加，當超過100μW時變動變大。與作為比較例的曲線(1b)、(2b)所示的單旋轉切的石英振動片相比，實施例1的石英振動片的曲線(1a)、(2a)和(3a)在各諧振頻率中變得非常小。通常，當激勵電平為小于等于500μW時，該DLD需要小于等于5ppm。圖中的雙點劃線表示在激勵電平為小于等于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)所示的實施例1的石英振動片，即使激勵電平為500μW，也能將DLD抑制為小于等于5ppm。
將諧振頻率為100MHz的石英振動片作為一個例子進一步詳細地說明。曲線(1a)表示角度φ為7度和17.3度時的DLD。在激勵電平500μW中，此時的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片的DLD在小于等于5ppm的范圍內。進而，雖然沒有圖示，但階段性地改變主面的面積，進行同樣的試制。其結果是，主面的面積在大于等于4.0mm2且小于等于8.0mm2的范圍內，能夠確認同等的效果。
此外，與前述相同地，在諧振頻率為48MHz的石英振動片中，曲線也存在于曲線(2a)和曲線(3a)之間的區(qū)域內，能夠使DLD為小于等于5ppm。而且，曲線(3a)還表示48MHz的石英振動片的角度φ為12度時的曲線。
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度的范圍內切出的主面的面積大于等于4.0mm2且小于等于8mm2的雙旋轉切的石英振動片，能夠使激勵電平為500μW時的DLD小于等于5ppm。
此外，在曲線(3a)中，即使使激勵電平為700μW，也很難觀察到DLD，達到了小于等于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極小的石英振動片。
(實施例2)進而，改變諧振頻率和芯片尺寸，進行與實施例1相同的試制。在實施例2中，試制了根據本發(fā)明的厚度切變模式的諧振頻率為27MHz和48MHz的石英振動片。各個諧振頻率的石英振動片的芯片尺寸為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，在實施例2中，也將角度θ固定為35度。然后，關于實施例2的石英振動片，使激勵電平變化到700μW左右的同時測量出頻率變化量(頻率偏差ΔF(ppm))。
其結果如圖4所示。圖4是表示實施例2的石英振動片的激勵電平和頻率偏差之間的相關度的曲線圖，縱軸表示頻率偏差，橫軸表示激勵電平(μW)。而且，橫軸是對數刻度。圖4中的曲線表示如下所示的石英振動片的DLD。
(4a)實施例2中的諧振頻率為48MHz，角度φ為8度、以及16度。
(5a)實施例2中的諧振頻率為27MHz，角度φ為8度、以及16度。
(6a)實施例2中的諧振頻率為48MHz，角度φ為12度。
(7a)實施例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)。
與實施例1相同地，與作為比較例的曲線(4b)、(5b)所示的單旋轉切的石英振動片相比，實施例2的石英振動片的曲線(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)所示的實施例2的石英振動片，即使激勵電平為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，進行了同樣的試制。其結果是，在主面的面積大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2的范圍內，能夠確認同等的效果。而且，關于與實施例1相同的現象，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的雙旋轉切的石英振動片，能夠使激勵電平為500μW時的DLD小于等于5ppm。
(實施例3)進而，改變諧振頻率和芯片尺寸，進行與實施例1相同的試制。在實施例3中，試制了根據本發(fā)明的厚度切變模式的諧振頻率為27MHz和48MHz的石英振動片。各個諧振頻率的石英振動片的芯片尺寸為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，在實施例3中，也將角度θ固定為35度。然后，關于實施例3的石英振動片，使激勵電平變化到700μW左右的同時測量出頻率變化量(頻率偏差ΔF(ppm))。
其結果如圖5所示。圖5是表示實施例3的石英振動片的激勵電平和頻率偏差之間的相關度的曲線圖，縱軸表示頻率偏差，橫軸表示激勵電平(μW)。而且，橫軸是對數刻度。圖5中的曲線表示如下所示的石英振動片的DLD。
(8a)實施例3中的諧振頻率為48MHz，角度φ為10度、以及14度。
(9a)實施例3中的諧振頻率為27MHz，角度φ為10度、以及14度。
(10a)實施例3中的諧振頻率為48MHz，角度φ為12度。
(11a)實施例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)。
與實施例1相同地，與作為比較例的曲線(8b)、(9b)所示的單旋轉切的石英振動片相比，實施例3的石英振動片的曲線(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)所示的實施例3的石英振動片，即使激勵電平為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，進行了同樣的試制。其結果是，在主面的面積大于等于0.8mm2且小于等于1.4mm2的范圍內，能夠確認同等的效果。而且，關于與實施例1相同的現象，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的雙旋轉切的石英振動片，能夠使激勵電平為500μW時的DLD小于等于5ppm。
(實施例4)進而，改變諧振頻率和芯片尺寸，進行了與實施例1相同的試制。在實施例4中，試制了根據本發(fā)明的厚度切變模式的諧振頻率為48MHz和100Hz的石英振動片。各個諧振頻率的石英振動片的芯片尺寸為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，在實施例4中，也將角度θ固定為35度。然后，關于實施例4的石英振動片，使激勵電平變化到700μW左右的同時測量出頻率變化量(頻率偏差ΔF(ppm))。
其結果如圖6所示。圖6是表示實施例4的石英振動片的激勵電平和頻率偏差之間的相關度的曲線圖，縱軸表示頻率偏差，橫軸表示激勵電平(μW)。而且，橫軸是對數刻度。圖6中的曲線表示如下所示的石英振動片的DLD。
(12a)實施例4中的諧振頻率為100MHz，角度φ為8度、以及16度。
(13a)實施例4中的諧振頻率為48MHz，角度φ為8度、以及16度。
(14a)實施例4中的諧振頻率為100MHz，角度φ為12度。
(15a)實施例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)。
與實施例1相同地，與作為對比例的曲線(12b)、(13b)所示的單旋轉切的石英振動片相比，實施例4的石英振動片的曲線(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)所示的實施例4的石英振動片，即使激勵電平為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，進行了同樣的試制。其結果是，在主面的面積大于等于2.0mm2且小于等于4.0mm2的范圍內，能夠確認同等的效果。而且，關于實施例1相同的現象，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的雙旋轉切的石英振動片，能夠使激勵電平為500μW時的DLD小于等于5ppm。
(實施例5)進而，改變諧振頻率和芯片尺寸，進行了與實施例1相同的試制。在實施例5中，試制了根據本發(fā)明的厚度切變模式的諧振頻率為48MHz和100MHz的石英振動片。各個諧振頻率的石英振動片的芯片尺寸為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，在實施例5中，也將角度θ固定為35度。然后，關于實施例5的石英振動片，使激勵電平變化到700μW左右的同時測量出頻率變化量(頻率偏差ΔF(ppm))。
其結果如圖7所示。圖7是表示實施例5的石英振動片的激勵電平和頻率偏差之間的相關度的曲線圖，縱軸表示頻率偏差，橫軸表示激勵電平(μW)。而且，橫軸是對數刻度。圖7中的曲線表示如下所示的石英振動片的DLD。
(16a)實施例5中的諧振頻率為100MHz，角度φ為9度、以及15.5度。
(17a)實施例5中的諧振頻率為48MHz，角度φ為9度、以及15.5度。
(18a)實施例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)。
與實施例1相同地，與作為比較例的曲線(16b)、(17b)所示的單旋轉切的石英振動片相比，實施例5的石英振動片的曲線(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)所示的實施例5的石英振動片，即使激勵電平為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，進行了同樣的試制。其結果是，在主面的面積大于等于1.4mm2且小于等于2.0mm2的范圍內，能夠確認同等的效果。而且，關于實施例1相同的現象，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的雙旋轉切的石英振動片，能夠使激勵電平為500μW時的DLD小于等于5ppm。
(第二實施方式)將本發(fā)明的石英振子的一個例子作為第二實施方式，利用附圖進行說明。圖8表示作為第二實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由如下部分構成作為封裝的一個例子的、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；石英振動片35、以及將石英振動片35與絕緣性基座30連接的導電性粘接劑36。
在絕緣性基座30的大致中央部所設置的開口部37的底部40中形成有支撐部39。在支撐部39的上面，通過導電性粘接劑36等連接部件連接并安裝形成有激勵電極35a等的石英振動片35。該石英振動片35使用了在所述的第一實施方式中說明過的雙旋轉切的石英振動片35。導電性粘接劑36是在樹脂的基礎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導出的未圖示的導通配線部，與安裝基板等接合。
根據上述的第二實施方式的石英振子300，采用了在第一實施方式中說明過的雙旋轉切的石英振動片35。因此，能夠提供下述的石英振子300施加了直至500μW左右的驅動功率時的頻率變化量、即DLD為小于等于5ppm。
而且，在第二實施方式中，示出采用陶瓷制的絕緣性基座作為封裝、將石英振動片收容在絕緣性基座內的形式的石英振子作為例子而進行了說明，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)內所填充的絕緣材料(例如玻璃)的引線的一端連接石英振動片、將圓筒蓋壓入金屬環(huán)而進行封閉。
(第三實施方式)將本發(fā)明的石英振子的一個例子作為第三實施方式，利用附圖進行說明。圖10表示作為第三實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；石英振動片55；將石英振動片55與絕緣性基座50連接的導電性粘接劑56；以及至少具有使石英振動片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，通過導電性粘接劑56等連接部件連接并安裝有由石英薄板構成、形成有激勵電極55a等的石英振動片55。該石英振動片55使用了在所述的第一實施方式中說明過的雙旋轉切的石英振動片55，除了連接部分以外，懸空。導電性粘接劑56是在樹脂的基礎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的大致中央部設置的開口部57的底部62的、處于石英振動片55的下部的部分，通過未圖示的配線等與石英振動片55相連接，通過未圖示的導電性粘接劑等接合有至少具有使石英振動片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。
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導出的未圖示的導通配線部，與安裝基板等接合。
根據上述的第三實施方式的石英振蕩器500，采用了在第一實施方式中說明過的雙旋轉切的石英振動片55。因此，能夠提供下述的石英振蕩器500施加了直至500μW左右的驅動功率時的DLD為小于等于5ppm。并且，由于將石英振動片55和電路元件61收容于絕緣性基座50的開口部57內，所以能夠縮短兩者間的連接，能夠實現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。
權利要求
1.一種石英振動片，通過至少在主面上施加的驅動功率，按照預定的諧振頻率進行振動，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軸以順時針方向旋轉大于等于7度且小于等于17.3度的角度φ而設定的，該Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時針方向旋轉大于等于34.3度且小于等于35.25度的角度θ而成。
2.根據權利要求1所述的石英振動片，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.根據權利要求1所述的石英振動片，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軸以順時針方向旋轉大于等于8度且小于等于16度的角度φ而設定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時針方向旋轉大于等于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.根據權利要求1所述的石英振動片，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軸以順時針方向旋轉大于等于10度且小于等于14度的角度φ而設定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時針方向旋轉大于等于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.根據權利要求1所述的石英振動片，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軸以順時針方向旋轉大于等于8度且小于等于16度的角度φ而設定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時針方向旋轉大于等于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.根據權利要求1所述的石英振動片，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軸以順時針方向旋轉大于等于9度且小于等于15.5度的角度φ而設定的，所述Z’軸是將所述Z軸繞所述X’軸以順時針方向旋轉大于等于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.根據權利要求1至6中的任意一項所述的石英振動片，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利要求1至7中的任意一項所述的石英振動片。
9.一種石英振蕩器，其特征在于，具有權利要求1至7中的任意一項所述的石英振動片；以及電路部，其至少具有驅動所述石英振動片的功能。
全文摘要
本發(fā)明在以厚度切變振動為主振動的雙旋轉切的石英振動片中，減小DLD所致的頻率變化量，提供需要更大的驅動功率的小型形狀的石英振動片、使用了該石英振動片的石英振子以及石英振蕩器。對石英的正交的3個晶軸進行如下設定，即，把電軸設為X軸，把與其正交的機械軸設為Y軸，把與X軸、Y軸正交的光軸設為Z軸。首先，設定以石英坯料(15)的Z軸為中心、將X軸以順時針方向旋轉大于等于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)明的石英振動片(20)的石英板(10)具有與該X’軸平行的邊。進而，石英板(10)具有平行于以X’軸為中心、將Z軸以順時針方向旋轉大于等于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)先權日2005年6月29日
發(fā)明者田中雅子, 前田進 申請人:精工愛普生株式會社