(57)【要約】【目的】基本波振動での容量比γを大きくし、生産性を維持した水晶振動子を提供する。【構成】本発明は振動領域とした厚みの大きい中央部と前記中央部よりも厚みの小さい外周部とを有し、前記振動領域の両主面に対向する励振電極を設けて前記外周部に引出電極を延出した水晶片からなる水晶振動子において、前記引出電極を前記外周部の両主面間で重畳させて対向部を設けた構成とし、前記水晶片は一枚の水晶ウェハからエッチングによって外形加工された構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動領域とした厚みの大きい中央部と前記中央部よりも厚みの小さい外周部とを有し、前記振動領域の両主面に対向する励振電極を設けて前記外周部に引出電極を延出した水晶片からなる水晶振動子において、前記引出電極を前記外周部の両主面間で重畳させて対向部を設けたことを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
前記励振電極は前記中央部の全面に設けて、前記対向部は前記励振電極の全外周とした請求項１の水晶振動子。
【請求項３】
前記水晶片は一枚の水晶ウェハからエッチングによって外形加工された水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水晶振動子を技術分野とし、特に容量比γを大きくして負荷変動による周波数変化を防止した水晶振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）水晶振動子は電子機器に周波数及び時間の基準源として内蔵される。例えばワイヤレスＬＡＮの中継基地局に採用される無線機器（発振器）では、容量比γを大きくして周波数変動を抑制した水晶振動子が求められている。
【０００３】
（従来技術の一例）第４図は一従来例を説明する水晶振動子（水晶片）の図である。
【０００４】
水晶振動子はＡＴカットとした矩形状の水晶片１からなる。水晶片１の両主面には対向する一対の励振電極２（ａｂ）が形成され、例えば一端部両側に引出電極３（ａｂ）を延出する。そして、引出電極３（ａｂ）の延出した一端部両側を保持して図示しない容器内に密閉封入される。
【０００５】
このようなものでは、第５図（ａ）に示したような共振特性（リアクタンス周波数特性）を有する。すなわち、周波数の上昇とともに直列共振点ｆs及び反共振点（並列共振点）ｆaを得る共振特性を有する。この場合、直列共振点ｆsと反共振点ｆaとの間を誘導性（ωＬ）とし、それ以外を容量性（１／ωＣ）とする。
【０００６】
これらは、一般に、第５図（ｂ）で示す等価回路で示され、直列腕と並列腕とからなる。直列腕は等価直列抵抗Ｒ1、同直列容量Ｃ1及び同直列インダクタＬ1からなり、水晶片１の圧電作用による固有の共振現象に起因する。並列腕は等価並列容量Ｃ0からなり、特に励振電極２（ａｂ）の対向面積による電極間容量に依存する。そして、直列腕による共振周波数が直列共振点ｆsに、直列腕と並列腕による共振周波数が反共振点ｆaになる。
【０００７】
そして、発振回路を構成する場合には、一般に、リアクタンス周波数特性の誘導性領域（ｆs−ｆaの間）を使用し、即ち水晶振動子をインダクタとして使用する。そして、水晶振動子に接続した図示しない発振回路の容量成分（負荷容量ＣL）との共振周波数を発振周波数とする。
【０００８】
発振周波数ｆ0は、一般には下式（１）に示したように、直列共振点ｆsからの周波数偏差Δｆ／ｆsで表される。但し、Δｆ＝ｆ0−ｆs、γ＝Ｃ0／Ｃ1であり、γは容量比と呼ばれる。
Δｆ／ｆs＝１／２γ（１＋ＣL／Ｃ0）・・・（１）
【０００９】
この式から明かなように、周波数偏差Δｆ／ｆsは容量比γに反比例する。すなわち、周波数偏差Δｆは容量比γが大きいほど小さく、容量比γが小さいほど大きい。そして、周波数偏差Δｆが大きいほど、周波数可変幅も大きいことから、通常では、水晶振動子の容量比γを小さく設計する。
【００１０】
容量比γは等価直列容量Ｃ1に反比例し、同並列容量Ｃ0に比例する。等価直列容量Ｃ1（ｆF）及び同並列容量Ｃ0（ｐF）は励振電極２（ａｂ）の対向面積に依存して大きくなる。但し、等価直列容量Ｃ1の方が変化量は大きく、対向面積に対して飽和する。このことから、通常では等価直列容量Ｃ1の飽和点近傍に対向面積を設定する。そして、容量比γを小さくする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の水晶振動子では、等価直列容量Ｃ1を大きくして容量比γを小さくすることによって次の問題があった。すなわち、発振周波数ｆ0は等価直列容量Ｃ1が大きいほどリアクタンス（１／ωＣ1）が小さいため、直列接続となる負荷容量ＣL（発振回路）の影響を受けやすい。したがって、負荷容量ＣLに依存して発振周波数ｆ0が変化する所謂負荷変動の問題があった。
【００１２】
特に、ワイヤレスＬＡＮ等の中継機に用いられる発振器では、セット基板への組立後にトリミングコンデンサ等の可変周波数調整素子を有しない、即ち負荷容量（発振周波数）の調整素子を有しない無調整型とする。したがって、発振回路を構成する各回路素子値のばらつきによって負荷容量ＣLが不均一になり、負荷変動を生じやすい。
【００１３】
また、負荷容量ＣLの調整素子を有していたとしても、発振回路の搭載されるセット基板の浮遊容量等に起因した負荷容量ＣLの変化によって、負荷変動を生ずる。なお、浮遊容量ＣLは例えば湿気等の環境条件によって変化する。これらのことから、一般とは逆に容量比γが大きく、発振周波数ｆ0の負荷変動を抑圧する水晶振動子が求められた。
【００１４】
このことから、オーバトーン振動を利用することが考えられた。オーバトーン振動は基本波振動の奇数次倍調波で、例えば40MHz（厚みが約41μｍ）の振動周波数を次数ｎを３とした３次オーバトーン振動を得る場合は、基本波での振動周波数は約13.3MHzになる。
【００１５】
そして、オーバトーン次数をｎとすると、容量比γ′は基本波での容量比γに対してｎ２γなる。ちなみに、ＡＴカットの場合は、基本波でのγは約250であり、３次オーバトーン振動にすると2000以上になる。このことから、容量比γ′を大きくできる。
【００１６】
しかし、この場合には、基本波での振動周波数が13.3MHzとなって水晶片１の厚みが大きく（約125μｍ）なる。また、厚みが大きくなる分、平面外形も大きくなって、ベベル加工等の端面処理を必要とする。一般には、振動周波数が概ね30MHz以下になると端面処理が必要になる。また、水晶片１の厚みが大きい分、人工水晶からの取り分が少なくなって、生産性に欠ける問題があった。
【００１７】
（発明の目的）本発明は基本波振動での容量比γを大きくし、生産性を維持した水晶振動子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は特許請求の範囲（請求項１）に示したように、振動領域とした厚みの大きい中央部と前記中央部よりも厚みの小さい外周部とを有し、前記振動領域の両主面に対向する励振電極を設けて前記外周部に引出電極を延出した水晶片からなる水晶振動子において、前記引出電極を前記外周部の両主面間で重畳させて対向部を設けた構成とする。
【発明の効果】
【００１９】
このような構成であれば、引出電極の対向部によって電極間容量Ｃ0を増加できる。これに対し、励振電極の対向面積は一定なので、等価直列容量Ｃ1に変化はなく一定に維持される。したがって、オーバトーン振動を利用することなく、基本波振動での容量比γを大きくできる。そして、厚みが小さい分、ベベル等の端面処理を必要とせず、人工水晶からの取り分を多くするので、生産性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の請求項２に示したように、請求項１の前記励振電極は前記中央部の全面に設けて、前記対向部は前記励振電極の全外周とする。同請求項３では、請求項１の前記水晶片は一枚の水晶ウェハからエッチングによって外形加工される。
【実施例】
【００２１】
第１図は本発明の一実施例を説明する水晶振動子の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
【００２２】
水晶振動子は前述したようにＡＴカットとした矩形状の水晶片１からなる。ここでは、水晶片１は写真製版技術を用いたエッチングによって外形加工され、厚みの大きい中央部とその外周を包囲する厚みの大きい外周部とからなる。厚みの大きい中央部は振動領域として、両主面に励振電極２（ａｂ）が形成される。
【００２３】
引出電極３（ａｂ）は厚みの小さい外周部に設けられ、両主面にて各励振電極２（ａｂ）の全外周に接続して両主面間で対向する環状対向部４を有する。そして、環状対向部４から水晶片１の一端部両側に延出する。励振電極２（ａｂ）及び引出電極３（ａｂ）は水晶片１の外形加工時に写真製版技術を用いたエッチングによって形成される。そして、引出電極３（ａｂ）の延出した一端部両側は前述同様に保持され、水晶片１が容器内に密閉封入される。
【００２４】
このような構成であれば、等価並列容量Ｃ0を決定する両主面間の電極間容量Ｃ01は、励振電極２（ａｂ）及び引出電極３（ａｂ）の環状対向部４に依存する。すなわち、励振電極２（ａｂ）による電極間容量Ｃ0aと環状対向部４による電極間容量Ｃ0bとの和になる。
【００２５】
ちなみに、振動周波数を40MHz即ち振動領域の厚みｄ1を41μm、環状対向部４（外周部）の厚みｄ2を10μmとし、励振電極２（ａｂ）の面積Ｓ1を0.72mm2（一辺が0.85mm、正方形）、環状対向部４の面積Ｓ2を0.41mm2とし、誘電率εを4.5とすると、電極間容量Ｃ01は次になる。
Ｃ01＝Ｃ0a＋Ｃ0b＝εＳ1／ｄ1＋εＳ2／ｄ2＝1＋2.3＝3.3pF
【００２６】
したがって、この場合には、電極間容量Ｃ01（3.3pF）は励振電極２（ａｂ）のみの場合（Ｃ0a＝１pF）に比較して3.3倍になる。一方、等価直列容量Ｃ1は励振電極２（ａｂ）の大きさに依存して3.5fFとなる。このことから、容量比γ＝Ｃ0／Ｃ1は約1000になる。なお、等価並列容量Ｃ0には電極間容量Ｃ01に浮遊容量が加算される。
【００２７】
これにより、容量比γを例えば1000以上に大きくできるので、周波数可変幅を小さくして発振周波数の負荷変動を防止できる。そして、振動周波数を40MHzとした基本波振動なので、オーバトーン振動を利用する場合に比較して、厚みも小さくて平面外形を大きくすることがない。したがって、ベベル等の端面処理を要せず、厚みが小さい分、人工水晶からの取り分を多くして生産性を高める。
【００２８】
なお、引出電極３（ａｂ）の環状対向部４によってエネルギーが閉じ込められ、副振動が発生するが、振動領域による振動周波数よりも高域に発生するので、格別の問題は生じない。また、振動周波数が高いほど、厚みが小さくなって励振電極２（ａｂ）の面積を小さくできて環状対向部４の面積を大きくできる。
【００２９】
（他の事項）上記実施例では、励振電極２（ａｂ）は厚みの大きい振動領域の全面に設けたが、例えば第２図に示したようにしてもよい。すなわち、振動領域の輪郭から離間した中央に励振電極２（ａｂ）形成して、環状対向部４を厚みの小さい外周部に設けてもよい。
【００３０】
また、引出電極３（ａｂ）の対向部は励振電極２（ａｂ）を取り巻く環状としたが、これに限らず両主面間で対向部４があればく例えば第３図に示したようにしてもよい。すなわち、引出電極３（ａｂ）の対向部４は、水晶片１の長さ方向の励振電極２（ａｂ）の両側となる外周部に設けてもよい。また、環状対向部に設けた引出電極３（ａｂ）をトリミングすることによって容量比を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例を説明する水晶振動子（水晶片）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の他の実施例を説明する水晶振動子の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例を説明する水晶振動子の平面図である。
【図４】従来例を説明する水晶振動子の平面図である。
【図５】従来例を説明する図で、同図（ａ）は水晶振動子の共振特性図、同図（ｂ）は等価回路図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  水晶片、２  励振電極、３  引出電極、４  対向部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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