振动元件以及振荡器

文档序号:738433 发布日期:2021-04-20 浏览:32次 >En<

阅读说明:本技术 振动元件以及振荡器 (Vibration element and oscillator ) 是由 西泽龙太 松尾敦司 山口启一 柳炳学 于 2020-10-16 设计创作,主要内容包括:本发明提供振动元件以及振荡器,该振动元件以及振荡器的温度检测精度高。振动元件具有:石英基板,其具有第1振动部和第2振动部;一对第1激励电极,它们在第1振动部处形成在石英基板的两个主面上;以及一对第2激励电极,它们在第2振动部处形成为在石英基板的厚度方向上夹着第2振动部,一对第2激励电极中的至少一个第2激励电极形成在相对于两个主面中的至少一个主面倾斜的倾斜面上。(The invention provides a vibrating element and an oscillator, which have high temperature detection accuracy. The vibration element has: a quartz substrate having a 1 st vibrating section and a 2 nd vibrating section; a pair of 1 st excitation electrodes formed on both principal surfaces of the quartz substrate at the 1 st vibrating portion; and a pair of 2 nd excitation electrodes formed at the 2 nd vibrating portion so as to sandwich the 2 nd vibrating portion in a thickness direction of the quartz substrate, at least one 2 nd excitation electrode of the pair of 2 nd excitation electrodes being formed on an inclined surface inclined with respect to at least one of the two main surfaces.)

振动元件以及振荡器

技术领域

本发明涉及振动元件以及振荡器。

背景技术

在石英基板的两个主面上形成有激励电极的石英振子由于频率-温度特性稳定,所以作为输出频率信号的基准频率源而用于例如温度补偿石英振荡器(TCXO:TemperatureCompensated Crystal Oscillator)等振荡器。该TCXO具有使用了温度传感器的温度补偿电路,能够遍及宽的温度范围地得到稳定的频率信号。但是,石英振子由于石英基板被收纳在封装内,所以在石英基板与温度传感器之间产生热传递时间差,从而存在以下问题:温度传感器的计测温度与石英基板的温度产生差异,温度补偿精度下降。

因此,例如在专利文献1中公开了如下结构:在公共的压电板上设置振荡信号输出用的第1振动部和温度检测用的第2振动部,在1个压电板上形成振荡信号输出用和温度检测用的2个振子,从而消除2个振子之间的热传递时间差来准确地测量振荡信号输出用的振子的温度。

专利文献1:日本特开2013-98841号公报

但是,专利文献1所记载的振子由于振荡信号输出用的激励电极和温度检测用的激励电极形成在切断角度相同的同一主面上,所以振荡信号输出用的振子和温度检测用的振子具有相同的频率-温度特性。由于振荡信号用的振子被设定为使得频率变化相对于温度变化较小的切断角度,所以温度检测用的振子的频率变化相对于温度变化也减小,因此,存在温度变化相对于频率变化的分辨率低,无法高精度地检测振荡信号输出用的振子的温度的问题。

发明内容

振动元件的特征在于,具有:石英基板,其具有第1振动部和第2振动部;一对第1激励电极,它们在所述第1振动部处形成在所述石英基板的两个主面上;以及一对第2激励电极,它们在所述第2振动部处形成为在所述石英基板的厚度方向上夹着所述第2振动部,所述一对第2激励电极中的至少一个所述第2激励电极形成在相对于所述两个主面倾斜的倾斜面上。

在上述振动元件中,优选的是,所述两个主面和所述倾斜面的切断角度不同。

在上述振动元件中,优选的是,所述第1振动部和所述第2振动部的频率-温度特性不同。

在上述振动元件中,优选的是,所述第2振动部的所述频率-温度特性与所述第1振动部的所述频率-温度特性相比,频率变化量较大。

在上述振动元件中,优选的是,所述倾斜面以随着远离所述第1振动部而使所述第2振动部的厚度变薄的方式倾斜。

在上述振动元件中,优选的是,所述倾斜面以随着接近所述第1振动部而使所述第2振动部的厚度变薄的方式倾斜。

在上述振动元件中,优选的是,所述第1振动部在所述两个主面中的至少一个所述主面上形成有凸部。

在上述振动元件中,优选的是,所述振动元件具有将所述振动元件固定于封装的固定部,在所述第1振动部以及所述第2振动部与所述固定部之间具有贯通孔和窄幅部中的至少一方。

在上述振动元件中,优选的是,在所述第1振动部与所述第2振动部之间具有贯通孔和薄壁部中的至少一方。

振荡器的特征在于,具有:上述振动元件;第1振荡电路,其与所述第1激励电极电连接,输出第1振荡信号;第2振荡电路,其与所述第2激励电极电连接,输出第2振荡信号;以及控制信号输出电路,其根据所述第2振荡信号,输出对所述第1振荡信号的振荡频率进行控制的控制信号。

附图说明

图1是示出第1实施方式的振动元件的概略结构的俯视图。

图2是图1的A-A线处的剖视图。

图3是说明石英基板的切断角度的图。

图4是示出石英基板的相对于切断角度的频率-温度特性的图。

图5是示出振动元件的频率-温度特性的图。

图6是示出振动元件的主要制造工序的流程图。

图7是说明振动元件的制造工序的剖视图。

图8是说明振动元件的制造工序的剖视图。

图9是说明振动元件的制造工序的剖视图。

图10是说明振动元件的制造工序的剖视图。

图11是说明振动元件的制造工序的剖视图。

图12是说明振动元件的制造工序的剖视图。

图13是示出第2实施方式的振动元件的概略结构的俯视图。

图14是图13的B-B线处的剖视图。

图15是示出第3实施方式的振动元件的概略结构的俯视图。

图16是图15的C-C线处的剖视图。

图17是示出第4实施方式的振动元件的概略结构的俯视图。

图18是图17的D-D线处的剖视图。

图19是示出第5实施方式的振动元件的概略结构的俯视图。

图20是图19的E-E线处的剖视图。

图21是示出第6实施方式的振荡器的概略结构的俯视图。

图22是图21的F-F线处的剖视图。

图23是示出振荡器的电路结构的框图。

标号说明

1、1a、1b、1c、1d:振动元件;10:石英基板;11:第1振动部;12:第2振动部;11a:第1主面;11b:第2主面;12a:倾斜面;13:固定部;14:第1贯通孔;15:第2贯通孔;16a、16b、16c:窄幅部;21:第1激振电极;22:第2激振电极;23、24:引线电极;25、26:端子;100:振荡器;X1:第1振动元件;X2:第2振动元件;θ、θ1、θ2:切断角度。

具体实施方式

1.第1实施方式

首先,参照图1和图2说明第1实施方式的振动元件1。

图1是示出第1实施方式的振动元件1的概略结构的俯视图。图2是图1的A-A线处的剖视图。另外,图中的X轴,Y'轴,Z'轴是相互垂直的石英的晶轴,Y'轴,Z'轴是使Y轴,Z轴绕X轴进行了旋转时的轴。另外,将沿着X轴的方向设为“X方向”,将沿着Y'轴的方向设为“Y'方向”,将沿着Z'轴的方向设为“Z'方向”,箭头的方向为正向。另外,将Y'方向的正向作为“上”或“上方”、Y'方向的负向作为“下”或“下方”来进行说明。

本实施方式的振动元件1具有:石英基板10;形成于第1振动部11的第1激励电极21;形成于第2振动部12的第2激励电极22;形成于固定部13的端子25、26;以及将第1激励电极21和第2激励电极22分别与端子25、26电连接的引线电极23、24。

振动元件1由形成有一对第1激振电极21的第1振动部11构成第1振动元件X1,由形成有一对第2激振电极22的第2振动部12构成第2振动元件X2,第1振动元件X1和第2振动元件X2结合。

石英基板10是以XZ'面为主面、以Y'方向为厚度方向的平板,具有:形成有第1激励电极21的第1振动部11;形成有第2激励电极22的第2振动部12;以及将石英基板10固定在未图示的封装等的内部的固定部13。

在第1振动部11以及第2振动部12与固定部13之间,分别设有第1贯通孔14、第2贯通孔15以及窄幅部16a、16b、16c。因此,能够减少与向封装的安装相伴的应力从固定部13向第1振动部11以及第2振动部12传递的情况。另外,窄幅部是指窄幅部的Z'方向的长度比石英基板10的Z'方向的长度短的部分。

第1振动部11的第1主面11a与第2主面11b平行,在第1主面11a和第2主面11b的各个主面上以在俯视时重叠的方式形成有一对第1激励电极21。另外,在本实施方式中,第1主面11a和第2主面11b相当于两个主面。

第2振动部12具有相对于第1主面11a倾斜的倾斜面12a,在倾斜面12a和第2主面11b的各个面上以在俯视时重叠的方式形成有一对第2激励电极22。第2振动部12的倾斜面12a以随着远离第1振动部11而使第2振动部12的厚度变薄的方式倾斜。

在第1振动部11的第1主面11a上形成有:第1激振电极21;用于与未图示的振荡电路电连接的端子25;以及将第1激振电极21和端子25电连接的引线电极23。

在第1振动部11的第2主面11b上形成有第1激励电极21、端子25、以及将第1激励电极21和端子25电连接的引线电极23。

在第2振动部12的倾斜面12a上形成有第2激振电极22、端子26、以及将第2激振电极22和端子26电连接的引线电极24。

在第2振动部12的第2主面11b上形成有第2激励电极22、端子26、以及将第2激励电极22和端子26电连接的引线电极24。

第1振动元件X1的一对第1激振电极21形成在第1振动部11的第1主面11a和第2主面11b上,通过对端子25施加电压,能够使第1振动部11振动。

第2振动元件X2形成为一对第2激振电极22在石英基板10的厚度方向上夹着第2振动部12,即,一对第2激振电极22形成在第2振动部12的倾斜面12a和第2主面11b上,通过对端子26施加电压,能够使第2振动部12振动。

接着,参照图3、图4和图5详细说明本实施方式的石英基板10。

图3是说明石英基板10的切断角度θ的图。图4是示出石英基板10的相对于切断角度θ的频率-温度特性的图。图5是示出振动元件1的频率-温度特性的图。

如图3所示,石英基板10具有相互垂直的晶轴X、Y和Z,X轴被称为电轴,Y轴被称为机械轴,Z轴被称为光轴,石英基板10是沿着使XZ面绕X轴旋转规定的角度θ而得到的平面切出的平板,是所谓的旋转Y切石英基板。另外,绕X轴的角度θ被称为切断角度θ。如图4所示,旋转Y切石英基板的频率-温度特性由切断角度θ决定。图4示出了旋转Y切石英基板的相对于以2′为间隔的切断角度θ的频率-温度特性。根据图4,相对于温度T的变化,能够通过切断角度θ来选择频率变化量Δf/f较小的特性和较大的特性。

在旋转Y切石英基板的切断角度θ为35.25°(35°15′)的情况下,称为AT切石英基板,具有优异的频率-温度特性。在此,AT切石英基板具有垂直的晶轴X、Y'、Z',厚度方向是Y'方向,包含与Y'轴垂直的X轴和Z'轴的面是主面,在主面上激励厚度剪切振动作为主振动。

在本实施方式的石英基板10中,第1振动部11的第1主面11a为切断角度θ1,第2振动部12的倾斜面12a为切断角度θ2。另外,第2主面11b由于与第1主面11a平行,所以切断角度为θ1。因此,第1振动部11能够得到与切断角度θ1对应的频率-温度特性,第2振动部12能够得到与倾斜面12a的切断角度θ2和第2主面11b的切断角度θ1的中间角度(θ1+θ2)/2对应的频率-温度特性。另外,在将第1振动部11的切断角度θ1设为35.25°(35°15′)时,则第2振动部12的频率-温度特性与第1振动部11的频率-温度特性相比,频率变化量Δf/f较大。

如图5所示,将包含第1振动部11的第1振动元件X1设为具有相对于温度变化的频率变化量Δf/f较小的频率-温度特性的振荡信号输出用,将包含具有倾斜面12a的第2振动部12的第2振动元件X2设为具有相对于温度变化的频率变化量Δf/f较大的频率-温度特性的温度检测用,由此能够高精度地检测第1振动元件X1的温度T。并且,由于振荡信号输出用的第1振动元件X1和温度检测用的第2振动元件X2形成在同一石英基板10上,因而热传递时间没有差异,能够更准确地检测第1振动元件X1的温度T。

另外,在本实施方式中,对第2振动部12的一个面设置了倾斜面12a,但不限于此,也可以对另一个面设置倾斜面,从而对第2振动部12的两个面设置倾斜面。

在本实施方式的振动元件1中,由于第2振动部12具有相对于第1主面11a倾斜的倾斜面12a,所以通过形成第2激励电极22,能够得到与第1振动部11不同的频率-温度特性。因此,将第1振动部11作为振荡信号输出用而设定为稳定的频率-温度特性,将第2振动部12设为与第1振动部11相比具有相对于温度变化的频率变化量Δf/f较大的频率-温度特性的温度检测用,由此能够高精度地检测作为振荡信号输出用的第1振动部11的温度T。

另外,由于第1主面11a与倾斜面12a的切断角度θ不同,因此能够使具有切断角度θ与第1主面11a不同的倾斜面12a的第2振动部12的频率-温度特性成为与第1振动部11不同的频率-温度特性。

另外,由于第1振动部11和第2振动部12的频率-温度特性不同,所以通过将具有基于温度T的频率变化量Δf/f较大的频率-温度特性的振动部用于温度检测,能够提高温度检测的精度。

另外,由于倾斜面12a以随着远离第1振动部11而使第2振动部12的厚度变薄的方式倾斜,所以第2振动部12的切断角度θ与第1振动部11不同,能够使第2振动部12具有与第1振动部11不同的频率-温度特性。

另外,由于第2振动部12的频率-温度特性与第1振动部11的频率-温度特性相比,频率变化量Δf/f较大,所以如果将第2振动部12用于温度检测,则温度变化相对于频率变化的分辨率变高,能够高精度地检测第1振动部11的温度T。

接着,参照图6~图12说明本实施方式的振动元件1的制造方法。

图6是示出振动元件1的主要制造工序的流程图。图7~图12是说明振动元件1的制造工序的剖视图。

如图6所示,振动元件1的制造方法包含石英基板准备工序、抗蚀剂涂敷工序、图案形成工序、干蚀刻工序、单片化工序和电极形成工序。

1.1石英基板准备工序

首先,在步骤S1中,考虑到振动元件1的量产性和制造成本,准备能够以成批处理方式从大型基板制造多个振动元件1的大型石英基板80。另外,大型石英基板80的石英原石以规定的切断角度θ1、例如35.25°(35°15′)被切断,并被实施研磨、抛光加工等而成为期望的厚度。

1.2抗蚀剂涂覆工序

接着,在步骤S2中,如图7所示,在大型石英基板80上涂敷抗蚀剂82。

1.3图案形成工序

接着,在步骤S3中,如图8所示,在抗蚀剂82上配置光掩模84,并使用曝光装置等照射光,该光掩模84具有对在抗蚀剂82上形成倾斜面12a的区域进行了开口的、所谓的铬等遮光膜未被图案化的区域。此时,在向大型石英基板80的板厚变薄的部分照射的光量比板厚未变薄的部分大的条件下,对抗蚀剂82进行曝光、显影,由此,能够形成具有如下的膜厚分布的抗蚀剂82,即、板厚从抗蚀剂82的板厚较厚的部分朝向板厚较薄的部分逐渐变薄。另外,该曝光方法被称为灰度曝光,即、调整曝光的强弱来进行曝光。

1.4干蚀刻工序

接着,在步骤S4中,当使用等离子体蚀刻装置等,从大型石英基板80的上方进行干蚀刻而去除抗蚀剂82时,如图10所示,将在图9中形成的具有倾斜的形状转印到大型石英基板80上,从而在大型石英基板80上形成倾斜面12a。另外,倾斜面12a的形成也可以通过上述方法以外的方法来形成。例如,也可以在具有与倾斜面12a的形状对应的凹陷的模具中填充感光性树脂,转印到大型石英基板80上并使其固化后,通过干蚀刻法形成倾斜面12a。

1.5单片化工序

接着,在步骤S5中,如图11所示,例如使用切割刀具等切断具有倾斜面12a的大型石英基板80,进行单片化。

1.6电极形成工序

接着,在步骤S6中,如图12所示,在单片化的石英基板10上,例如通过溅射装置或蒸镀装置等形成第1激振电极21、第2激振电极22、引线电极23、24以及端子25、26。通过以上工序,得到具有倾斜面12a的振动元件1。

另外,电极形成也可以在单片化工序前通过光刻技术来形成。

2.第2实施方式

接着,参照图13和图14说明第2实施方式的振动元件1a。

图13是示出第2实施方式的振动元件1a的概略结构的俯视图。图14是图13的B-B线处的剖视图。

本实施方式的振动元件1a与第1实施方式的振动元件1相比,除了设置于第2振动部17的倾斜面17a的形状不同以外,与第1实施方式的振动元件1相同。另外,以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明,省略相同事项的说明。

如图13和图14所示,在振动元件1a中,设置于石英基板10a的第2振动部17的倾斜面17a以随着接近第1振动部11而使第2振动部17的厚度变薄的方式倾斜。

通过设为这样的结构,第2振动部17的切断角度θ与第1振动部11不同,能够使第2振动部17具有与第1振动部11不同的频率-温度特性。因此,将第1振动部11作为振荡信号输出用而设定为稳定的频率-温度特性,将第2振动部17设为与第1振动部11相比具有相对于温度变化的频率变化量Δf/f较大的频率-温度特性的温度检测用,由此能够高精度地检测作为振荡信号输出用的第1振动部11的温度T。另外,由于在第1振动部11的第1主面11a与第2振动部17的倾斜面17a之间形成阶差,所以能够将第1振动部11的振动能量封闭在第1振动部11内,能够减少从第1振动部11向第2振动部17的振动泄漏。另外,在作为第1振动部11和第2振动部17排列的方向的图13中Z'方向上,能够使第2振动部17的实质振动区域远离第1振动部11,所以能够使第1振动部11和第2振动部17各自的振动更稳定。

3.第3实施方式

接着,参照图15和图16说明第3实施方式的振动元件1b。

图15是示出第3实施方式的振动元件1b的概略结构的俯视图。图16是图15的C-C线处的剖视图。

本实施方式的振动元件1b与第1实施方式的振动元件1相比,除了第1振动部18的形状不同以外,与第1实施方式的振动元件1相同。另外,以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明,省略相同事项的说明。

如图15和图16所示,振动元件1b在石英基板10b的第1振动部18上形成有2个凸部18a,在凸部18a上配置有第1激励电极21。一个凸部18a在剖视时从第1振动部18的第1主面11a向上方突出,另一个凸部18a在剖视时从第2主面11b向下方突出。另外,凸部18a也可以形成在第1主面11a和第2主面11b中的任意一方上。

通过设为这样的结构,能够将第1振动部18的振动能量封闭在凸部18a内。因此,能够减少从第1振动部18向固定部13的振动泄漏,能够使第1振动部18的振动稳定。

4.第4实施方式

接着,参照图17和图18说明第4实施方式的振动元件1c。

图17是示出第4实施方式的振动元件1c的概略结构的俯视图。图18是图17的D-D线处的剖视图。

本实施方式的振动元件1c与第1实施方式的振动元件1相比,除了石英基板10c的形状不同以外,与第1实施方式的振动元件1相同。另外,以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明,省略相同事项的说明。

如图17和图18所示,振动元件1c在石英基板10c的第1振动部11和第2振动部12之间设有以X方向为长度方向的贯通孔19。

通过设为这样的结构,能够减少第1振动部11和第2振动部12各自的振动向第2振动部12和第1振动部11泄漏的情况。因此,能够使第1振动部11和第2振动部12各自的振动更加稳定。

5.第5实施方式

接着,参照图19和图20说明第5实施方式的振动元件1d。

图19是示出第5实施方式的振动元件1d的概略结构的俯视图。图20是图19的E-E线处的剖视图。

本实施方式的振动元件1d与第1实施方式的振动元件1相比,除了石英基板10d的形状不同以外,与第1实施方式的振动元件1相同。另外,以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明,省略相同事项的说明。

如图19和图20所示,振动元件1d在石英基板10d的第1振动部11和第2振动部12之间设有以X方向为长度方向、且在剖视时向下方开口的凹部20,并具有薄壁部30。

通过设为这样的结构,能够减少第1振动部11和第2振动部12各自的振动向第2振动部12和第1振动部11泄漏的情况。因此,能够使第1振动部11和第2振动部12各自的振动更加稳定。

6.第6实施方式

接着,参照图21和图22说明第6实施方式的具有振动元件1、1a、1b、1c、1d的振荡器100。另外,在以下的说明中,例示应用了振动元件1的结构来进行说明。

图21是示出第6实施方式的振荡器100的概略结构的俯视图。图22是图21的F-F线处的剖视图。

如图21所示,振荡器100具有:内置有振动元件1的振子40;IC芯片60,其具有用于驱动振动元件1的振荡电路61、62和控制信号输出电路63;封装主体50,其收纳振子40和IC芯片60;以及盖部件57,其由玻璃、陶瓷或金属等构成。

如图22所示,封装主体50通过层叠安装端子45、第1基板51、第2基板52以及密封环53而形成。另外,封装主体50具有朝上方敞开的腔室58。另外,收纳振子40和IC芯片60的腔室58内通过利用密封环53接合盖部件57,而被气密密封为减压环境或氮气等惰性气体环境。

安装端子45在第1基板51的外部底面上设置有多个。另外,安装端子45经由未图示的贯通电极和层间布线与设置在第1基板51上方的连接电极43和连接端子44电连接。

在封装主体50的腔室58内收纳有振子40和IC芯片60。振子40通过焊料或导电性粘接剂固定在设置于第1基板51上方的连接电极43上。IC芯片60经由粘接剂等接合部件55固定在第1基板51的上方。另外,在腔室58内设置有多个连接端子44。连接端子44通过接合线56与设置在IC芯片60上方的连接端子46电连接。

IC芯片60具有:第1振荡电路61,其使第1振动元件X1振荡而输出第1振荡信号;第2振荡电路62,其使第2振动元件X2振荡而输出第2振荡信号;以及控制信号输出电路63,其根据第2振荡信号,输出对第1振荡信号的振荡频率进行控制的控制信号。

接着,参照图23说明振荡器100的电路结构。

图23是示出振荡器100的电路结构的框图。另外,在以下的说明中,列举TCXO来说明振荡器100的一例。

该振荡器100是用于向外部输出设定频率f0的信号的电路,构成为能够不依赖于振荡器100的外部温度变化地输出该设定频率f0,或者能够抑制外部温度变化的影响地输出该设定频率f0。该设定频率f0是在基准温度T0(例如25℃)下将基准电压V10施加到第1振荡电路61时得到的输出频率。

在第1振动元件X1的一对第1激振电极21上,经由端子25电连接有第1振荡电路61,在第2振动元件X2的一对第2激振电极22上,同样经由端子26电连接有用于检测温度的第2振荡电路62。并且,在这些第1振荡电路61和第2振荡电路62之间,设置有控制信号输出电路63,该控制信号输出电路63用于根据从第2振荡电路62输出的温度补偿用的作为第2振荡信号的振荡频率f,估计第1振动元件X1的温度,并运算在该温度下可由第1振荡电路61得到作为第1振荡信号的设定频率f0的控制电压VC(VC=V-ΔV)。从输入端64向第2振荡电路62输入基准电压V10,从输出端65输出设定频率f0。此外,通过变容二极管66进行了稳定的控制电压VC和通过变容二极管66进行了稳定的基准电压V10分别输入到第1振荡电路61和第2振荡电路62。

具体而言,控制信号输出电路63具有:频率检测部67,其由用于根据从第2振荡电路62输入的频率信号来计测振荡频率f的例如频率计数器等构成;温度估计部68,其根据在该频率检测部67中计测出的振荡频率f来估计温度T,补偿电压运算部69,其用于根据在温度估计部68中估计出的温度T来运算补偿电压ΔV;以及加法部70,其用于将从基准电压V0减去由补偿电压运算部69运算出的补偿电压ΔV而得的控制电压VC输出到第1振荡电路61。在温度估计部68中存储有以下(1)式所示的第2振荡电路62的频率-温度特性、例如3次函数,根据该温度特性和第2振荡电路62的振荡频率f,求出第1振动元件X1的温度。

[式1]

f=f10{1+α2(T-T10)32(T-T10)+γ2}…(1)

另外,补偿电压运算部69具有作为第1振荡电路61的温度特性的例如3次函数的发生器,构成为根据以下的(2)~(4)式以及温度T,求出补偿电压ΔV。

[式2]

ΔV=V0(Δf/f0)…(2)

[式3]

Δf/f0=α1(T-T0)31(T-T10)+γ1…(3)

[式4]

ΔV=V01(T-T0)31(T-T0)+γ1}…(4)

α1、β1、γ1和α2、β2、γ2分别是第1振荡电路61和第2振荡电路62固有的常数,通过对温度和基准电压进行各种改变并测量输出频率而求出。另外,Δf=f-f0,并且f10是在基准温度T10下施加基准电压V10时在第2振荡电路62中得到的输出频率。

在该振荡器100中,当向输入端64输入基准电压V10时,在第2振荡电路62中,根据第2振动元件X2的温度T,在利用前述的式(1)求出的振荡频率f下,以基波的厚度剪切振动进行振荡。该振荡频率f经由频率检测部67被输入到温度估计部68,在该温度估计部68中估计第1振动元件X1的温度T。然后,在补偿电压运算部69中,基于由温度估计部68得到的温度T运算补偿电压ΔV,经由加法部70将控制电压VC施加到第1振荡电路61。在第1振荡电路61中,在与第1振动元件X1的温度T和控制电压VC对应的振荡频率f、即设定频率f0下,以厚度剪切振动进行振动。即,假设在温度T下,第1振荡电路61要按照该第1振荡电路61的频率-温度特性的3次函数,与和基准温度T0的差值(T-T0)对应地,使振荡频率f从设定频率f0偏移。但是,由于将可得到设定频率f0的控制电压VC施加到了第1振荡电路61,即施加了比基准电压V0低或高与所述差值对应的量的控制电压VC,所以可得到抵消了该差值的设定频率f0

本实施方式的振荡器100根据由第2振动元件X2振荡出的作为第2振荡信号的振荡频率f,输出对作为第1振荡信号的设定频率f0进行控制的控制信号,该第2振动元件X2与第1振动元件X1相比,具有基于温度T的频率变化量Δf/f较大的频率-温度特性,因此能够高精度地对设定频率f0进行温度补偿,能够得到高精度的振荡器100。

以下,记载从实施方式导出的内容。

振动元件的特征在于,具有:石英基板,其具有第1振动部和第2振动部;一对第1激励电极,它们在所述第1振动部处形成在所述石英基板的两个主面上;以及一对第2激励电极,它们在所述第2振动部处形成为在所述石英基板的厚度方向上夹着所述第2振动部,所述一对第2激励电极中的至少一个所述第2激励电极形成在相对于所述两个主面倾斜的倾斜面上。

根据该结构,由于第2振动部具有相对于主面倾斜的倾斜面,所以通过形成第2激励电极,能够得到与第1振动部不同的频率-温度特性。因此,将第1振动部和第2振动部中的一个振动部作为振荡信号输出用而设定为稳定的频率-温度特性,将另一个振动部设为与振荡信号输出用的振动部相比具有相对于温度变化的频率变化量较大的频率-温度特性的温度检测用,由此能够高精度地检测作为振荡信号输出用的的振动部的温度。

在上述振动元件中,优选的是,所述两个主面和所述倾斜面的切断角度不同。

根据该结构,由于主面与倾斜面的切断角度不同,因此能够使具有与主面的切断角度不同的倾斜面的第2振动部的频率-温度特性成为与第1振动部不同的频率-温度特性。

在上述振动元件中,优选的是,所述第1振动部和所述第2振动部的频率-温度特性不同。

根据该结构,由于第1振动部和第2振动部的频率-温度特性不同,所以通过将具有相对于温度变化的频率变化量较大的频率-温度特性的振动部用于温度检测,能够提高温度检测的精度。

在上述振动元件中,优选的是,所述第2振动部的所述频率-温度特性与所述第1振动部的所述频率-温度特性相比,频率变化量较大。

根据该结构,由于第2振动部的频率-温度特性与第1振动部的频率-温度特性相比,频率变化量较大,所以如果将第2振动部用于温度检测,则温度变化相对于频率变化的分辨率变高,能够高精度地检测第1振动部的温度。

在上述振动元件中,优选的是,所述倾斜面以随着远离所述第1振动部而使所述第2振动部的厚度变薄的方式倾斜。

根据该结构,由于倾斜面以随着远离第1振动部而使第2振动部的厚度变薄的方式倾斜,所以第2振动部的切断角度与第1振动部不同,能够使第2振动部具有与第1振动部不同的频率-温度特性。

在上述振动元件中,优选的是,所述倾斜面以随着接近所述第1振动部而使所述第2振动部的厚度变薄的方式倾斜。

根据该结构,由于倾斜面以随着接近第1振动部而使第2振动部的厚度变薄的方式倾斜,所以第2振动部的切断角度与第1振动部不同,能够使第2振动部具有与第1振动部不同的频率-温度特性。并且,在第1振动部和第2振动部排列的方向上,能够使第2振动部的实质振动区域远离第1振动部,所以能够使第1振动部和第2振动部各自的振动更稳定。

在上述振动元件中,优选的是,所述第1振动部在所述两个主面中的至少一个所述主面上形成有凸部。

根据该结构,通过在第1振动部的主面上形成凸部,能够将第1振动部的振动能量封闭在凸部内。因此,能够减少从第1振动部向固定部的振动泄漏,能够使第1振动部的振动稳定。

在上述振动元件中,优选的是,所述振动元件具有将所述振动元件固定于封装的固定部,在所述第1振动部以及所述第2振动部与所述固定部之间具有贯通孔和窄幅部中的至少一方。

根据该结构,由于在第1振动部以及第2振动部与固定部之间设有贯通孔和窄幅部,因此能够减少从第1振动部以及第2振动部向固定部的振动泄漏,并且能够减少与向封装的安装相伴的应力从固定部向第1振动部及第2振动部传递的情况。

在上述振动元件中,优选的是,在所述第1振动部与所述第2振动部之间具有贯通孔和薄壁部中的至少一方。

根据该结构,由于在第1振动部与第2振动部之间设有贯通孔和薄壁部,所以能够减少第1振动部和第2振动部各自的振动向第2振动部和第1振动部泄漏的情况。

振荡器的特征在于,具有:上述振动元件;第1振荡电路,其与所述第1激励电极电连接,输出第1振荡信号;第2振荡电路,其与所述第2激励电极电连接,输出第2振荡信号;以及控制信号输出电路,其根据所述第2振荡信号,输出对所述第1振荡信号的振荡频率进行控制的控制信号。

根据该结构,由于根据由第2振动部振荡出的第2振荡信号,输出对第1振荡信号的振荡频率进行控制的控制信号,该第2振动部与第1振动部相比,具有相对于温度变化的频率变化量较大的频率-温度特性,因此能够高精度地对第1振荡信号进行温度补偿,能够得到高精度的振荡器。

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