JP2002246862A - Frequency fine control method for piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は圧電素子の周波数微
調方法に関し、特に水晶振動子や水晶発振子等の発振周
波数をトリミングによって微調整する圧電素子の周波数
微調方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for finely adjusting the frequency of a piezoelectric element, and more particularly to a method for finely adjusting the frequency of a piezoelectric element for finely adjusting the oscillation frequency of a quartz oscillator or a quartz oscillator by trimming.
【０００２】[0002]
【従来の技術】水晶振動子や水晶発振子等の圧電素子を
製造する場合、その振動周波数や発振周波数は圧電素子
基板の大きさおよび厚さ、形成された電極の大きさおよ
び厚さ等によって微妙に変化し、一定のプロセスで製造
した圧電素子にあっても、その周波数は微妙にばらつい
ており、微調整が不可欠である。2. Description of the Related Art When a piezoelectric element such as a quartz oscillator or a quartz oscillator is manufactured, its oscillation frequency and oscillation frequency depend on the size and thickness of the piezoelectric element substrate, the size and thickness of the formed electrodes, and the like. Even if the frequency is delicately changed and the piezoelectric element manufactured by a certain process has a delicate variation in frequency, fine adjustment is indispensable.
【０００３】この周波数微調整は、従来、図５に示すよ
うに、イオンガンＧを備える真空槽Ｃ内に、マスクＭと
水晶基板等のワークＷを収容して、イオンガンＧで発生
したイオンビームＩをマスクＭの透孔を通してワークＷ
に照射して、ワークＷに形成した電極等を微小面積ずつ
除去するトリミングによって、その周波数を真空槽Ｃの
外部に設けた測定器Ｓによってモニタしながら微調整を
行なっている。Conventionally, as shown in FIG. 5, a fine adjustment of the frequency is carried out by accommodating a mask M and a work W such as a quartz substrate in a vacuum chamber C provided with an ion gun G, and ion beam I generated by the ion gun G. Through the through hole of the mask M
, And fine adjustment is performed while monitoring the frequency by a measuring device S provided outside the vacuum chamber C by trimming for removing an electrode or the like formed on the workpiece W by a very small area.
【０００４】しかしながら、このような方法では、次の
ような問題点があった。[0004] However, such a method has the following problems.
【０００５】第１に、イオンビームＩを発生するために
は、１×１０-2Ｐa以下の真空度が必要なため、真空槽
Ｃが不可欠となり、装置が大型かつ複雑化して高額化す
る。First, since the degree of vacuum of 1 × 10 −2 Pa or less is required to generate the ion beam I, the vacuum chamber C is indispensable, and the apparatus becomes large, complicated, and expensive.
【０００６】第２に、ワークＷの微調整が終了するごと
に、真空槽Ｃを開けてワークＷを取り出し、新たなワー
クＷを入れて真空引きするため、真空槽Ｃ内の真空度を
所定値に復帰させるための真空排気に長時間を要するこ
とによって、スループットが著しく低い。Secondly, every time the fine adjustment of the work W is completed, the vacuum chamber C is opened, the work W is taken out, a new work W is put therein, and the vacuum is evacuated. It takes a long time to evacuate to return to a value, and the throughput is extremely low.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】そのため、図６に示す
ように、ワークＷにＣＯ2レーザやＹＡＧレーザの連続
波レーザや長パルスレーザＬを照射することにより、例
えば、電極の一部をトリミングして、周波数の微調整を
行なうことも実施されている。しかしながら、このよう
なレーザＬは連続波であったりパルス幅が大きいので、
レーザ照射時に熱伝導によってレーザ照射部分近傍が温
度上昇してしまい、温度上昇そのものによって周波数が
変動したり、ワークＷの温度上昇により熱歪が発生して
周波数が変動したりするため、精確な周波数の微調整が
できない。また、レーザの照射によって溶融したワーク
材料が基板や電極に被着して周波数が変動することもあ
った。このため、精確な周波数の微調整ができないとい
う問題点があった。Therefore, as shown in FIG. 6, by irradiating the work W with a continuous wave laser such as a CO 2 laser or a YAG laser or a long pulse laser L, for example, trimming a part of the electrode. Then, fine adjustment of the frequency is also performed. However, since such a laser L is a continuous wave or has a large pulse width,
During laser irradiation, the temperature rises near the laser irradiation part due to heat conduction, and the frequency fluctuates due to the temperature rise itself, or the temperature fluctuates due to the temperature rise of the work W, and the frequency fluctuates. Cannot be fine-tuned. Further, the work material melted by the laser irradiation may adhere to the substrate or the electrode, and the frequency may fluctuate. For this reason, there has been a problem that precise fine adjustment of the frequency cannot be performed.
【０００８】したがって、本発明は、レーザを照射する
周波数微調方法において、上記従来の問題点を解決した
圧電素子の周波数微調方法を提供することを目的とす
る。Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of finely adjusting the frequency of a piezoelectric element which solves the above-mentioned conventional problems in the method of finely adjusting the frequency of laser irradiation.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
された周波数微調方法は、圧電素子にその周波数を測定
しながら超短パルスレーザを照射して、照射領域の表面
層を原子オーダで除去することによって周波数を微調整
することを特徴とするものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a frequency fine-tuning method comprising: irradiating a piezoelectric element with an ultrashort pulse laser while measuring its frequency; In this case, the frequency is finely adjusted by removing the frequency.
【００１０】図３は超短パルスレーザ装置の構成ブロッ
ク図である。ここで、チタンサファイアレーザ出力をそ
のまま増幅しようとすると、ピーク強度が高くなり過ぎ
て光学素子が損傷するので、チャープパルス増幅法を用
いる。チャープパルス増幅法とは、図４に示すように、
上記再生増幅器ＲＡに入射する超短パルスレーザＴＬの
パルス幅を回折格子対を用いて周波数チャープさせるこ
とにより、数千倍以上にパルス幅を広げ（パルス伸張）
（１）、ピークパワーを低く保った状態で増幅し（パル
ス増幅）（２）、その後、再び回折格子対で元のパルス
幅に圧縮する（パルス圧縮）（３）技術をいう。最終的
に増幅されたパルスは、例えば、エネルギ２ｍＪ、パル
ス幅１３０ｆｓ、繰り返し率１０Ｈｚであり、ピーク強
度は１５ＧＷまで増幅される。チタンサファイアレーザ
のピーク強度は１０７ｋＷであるから、約１００，００
０倍に増幅されたことになる。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the ultrashort pulse laser device. Here, if the titanium sapphire laser output is to be amplified as it is, the peak intensity becomes too high and the optical element is damaged, so the chirped pulse amplification method is used. The chirped pulse amplification method, as shown in FIG.
The pulse width of the ultrashort pulse laser TL incident on the regenerative amplifier RA is frequency-chirped by using a diffraction grating pair, so that the pulse width is increased several thousand times or more (pulse expansion).
(1) Amplify while keeping the peak power low (pulse amplification) (2), and then compress again to the original pulse width with the diffraction grating pair (pulse compression) (3). The finally amplified pulse has, for example, an energy of 2 mJ, a pulse width of 130 fs, a repetition rate of 10 Hz, and a peak intensity of up to 15 GW. Since the peak intensity of the titanium sapphire laser is 107 kW, about 100,00
This means that the signal has been amplified by a factor of 0.
【００１１】超短パルスレーザを照射する周波数微調方
法は、従来のＣＯ2レーザやＹＡＧレーザの連続波レー
ザや長パルスレーザＬを照射して周波数を微調整する方
法に比較して、レーザのパルス幅が小さいので熱伝導が
小さく、レーザ照射部分近傍の基板温度上昇はほとんど
ない。The frequency fine-tuning method of irradiating an ultrashort pulse laser is compared with the conventional method of finely adjusting the frequency by irradiating a continuous wave laser such as a CO 2 laser or a YAG laser or a long pulse laser L. Since the width is small, the heat conduction is small, and there is almost no increase in the substrate temperature near the laser irradiation part.
【００１２】すなわち、レーザ照射時の熱拡散長Ｌ
Dは、材料の拡散係数をＤ、レーザのパルス幅をτlとす
ると、ＬD＝（Ｄτl）1/2で表せる。ここで、Ｄ＝ｋT／
ρｃpで、ｋT，ρ，ｃpは、それぞれ熱伝導度，密度お
よび熱容量である。したがって、熱拡散長ＬDは、パル
ス幅τlの平方根に比例するため、超短パルスレーザを
照射すれば従来に比しレーザ照射時の熱拡散長が非常に
小さくなり、パルス幅がピコ秒以下になると、熱拡散を
ほとんど無視することができる。That is, the thermal diffusion length L during laser irradiation
D can be expressed as L D = (Dτ l ) 1/2 where D is the diffusion coefficient of the material and τ l is the pulse width of the laser. Here, D = k T /
In ρc p, k T, ρ, c p , respectively thermal conductivity, a density and heat capacity. Therefore, since the thermal diffusion length L D is proportional to the square root of the pulse width τ l , if the ultrashort pulse laser is radiated, the thermal diffusion length at the time of laser irradiation becomes much smaller than in the past, and the pulse width becomes picosecond. Below, thermal diffusion can be almost neglected.
【００１３】このように、超短パルスレーザを照射する
周波数微調方法は、イオンビームＩを用いる微調方法の
ように真空槽Ｃを必要とせず、大気中で作業できるた
め、装置が小型かつ簡素化されるのみならず、長時間を
要する真空排気が不要になり、スループットが大幅に向
上する。また、超短パルスレーザは、従来のＣＯ2レー
ザやＹＡＧレーザの連続波レーザやパルス幅が大きい長
波長レーザＬを照射してワークＷをトリミングする方法
に比較して、レーザのパルス幅が小さいので、レーザ照
射部分近傍の温度上昇はほとんどなく、温度上昇そのも
のに起因する周波数変動や、温度上昇による熱歪に起因
する周波数変動がなくなる。しかも、圧電素子の表層部
を原子オーダで除去するので、精確な微調整が可能にな
る。さらに、溶融した基板材料が粒状でレーザ照射部の
近傍に飛び散り被着することも少なくなるので、それに
よる周波数変動もなくなる。As described above, the frequency fine-tuning method of irradiating an ultrashort pulse laser does not require a vacuum chamber C and can work in the atmosphere unlike the fine-tuning method using the ion beam I. In addition, the evacuation that requires a long time is not required, and the throughput is greatly improved. Further, the ultrashort pulse laser has a smaller laser pulse width than a conventional method of trimming a work W by irradiating a continuous wave laser such as a CO 2 laser or a YAG laser or a long wavelength laser L having a large pulse width. Therefore, there is almost no temperature rise in the vicinity of the laser irradiation portion, and there is no frequency fluctuation due to the temperature rise itself or frequency fluctuation due to thermal distortion due to the temperature rise. In addition, since the surface portion of the piezoelectric element is removed in the atomic order, precise fine adjustment can be performed. Further, since the molten substrate material is less likely to be scattered and adhered to the vicinity of the laser irradiation part in the form of particles, the frequency variation due to this is also eliminated.
【００１４】本発明の請求項２に記載の周波数微調方法
は、前記超短パルスレーザのパルス幅が、１ピコ秒以下
であることを特徴とするものである。In the frequency fine-tuning method according to a second aspect of the present invention, the pulse width of the ultrashort pulse laser is 1 picosecond or less.
【００１５】上記の周波数微調方法によれば、そのパル
ス幅が１ピコ秒以下である、例えば、チタンサファイア
レーザ源のフェムト秒パルス（波長７８０〜７９０ｎ
ｍ）を用いて、1０Ｈｚ〜１００ｋＨｚの繰り返し周波
数で、照射することによって、レーザの照射部分以外の
温度上昇がほとんどなく、したがって、レーザ照射部分
の表層部のみを原子オーダで除去して、周波数を微調整
することができる。また、基板の温度上昇はほとんどな
く、溶融した基板材料がレーザ照射部の近傍に堆積した
り飛び散ったりすることも少なくなり、それに起因する
周波数変動もなくなる。According to the above-described frequency fine tuning method, for example, a femtosecond pulse (wavelength 780 to 790 n) of a titanium sapphire laser source having a pulse width of 1 picosecond or less.
m), by irradiating at a repetition frequency of 10 Hz to 100 kHz, there is almost no temperature rise other than the laser-irradiated portion. Therefore, only the surface layer portion of the laser-irradiated portion is removed in the atomic order, and the frequency is reduced. Can be fine-tuned. Further, the temperature of the substrate hardly rises, and the molten substrate material is less likely to be deposited or scattered in the vicinity of the laser-irradiated portion, and the frequency fluctuation caused by the deposition is also eliminated.
【００１６】本発明の請求項３に記載された周波数微調
方法は、前記レーザ照射が、大気中で行なわれることを
特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, in the frequency fine adjustment method, the laser irradiation is performed in the atmosphere.
【００１７】上記の周波数微調方法によれば、イオンビ
ームを用いる場合のような真空槽が不要で、装置が小型
化かつ簡素化できるのみならず、長時間を要する真空排
気作業が不要になるため、スループットを著しく向上す
ることができる。According to the above-mentioned frequency fine-tuning method, a vacuum chamber as in the case of using an ion beam is not required, and not only can the apparatus be miniaturized and simplified, but also a vacuum evacuation operation requiring a long time becomes unnecessary. Thus, the throughput can be significantly improved.
【００１８】本発明の請求項４に記載された周波数微調
方法は、前記レーザ照射が、圧電素子の表面層を改質し
た状態で行なわれることを特徴とするものである。A frequency fine adjustment method according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that the laser irradiation is performed with the surface layer of the piezoelectric element modified.
【００１９】上記の周波数微調方法によれば、圧電素子
の表面層の温度を意図的に上昇させてレーザ透過度を低
下させた改質状態でレーザを照射するので、改質された
表面層のレーザ吸収係数が向上して、周波数微調精度を
向上することができる。According to the above-described frequency fine-tuning method, the laser is irradiated in a modified state in which the temperature of the surface layer of the piezoelectric element is intentionally increased and the laser transmittance is reduced. The laser absorption coefficient is improved, and the frequency fine adjustment accuracy can be improved.
【００２０】本発明の請求項５に記載された周波数微調
方法は、前記レーザ照射が、記憶手段に記憶された情報
に基づいて圧電素子をｘ−ｙ方向に移動させて行なわれ
ることを特徴とするものである。In the frequency fine-tuning method according to a fifth aspect of the present invention, the laser irradiation is performed by moving the piezoelectric element in the xy directions based on the information stored in the storage means. Is what you do.
【００２１】上記載の周波数微調方法によれば、記憶手
段に記憶された情報に基づいてレーザを照射するので、
マスクが不要であり、多種多様な圧電素子に応じて多種
多様なマスクを準備しなくて済むのみならず、マスクの
セッティングミスによる不良や、マスクの変形や傷によ
る不良が発生しない。According to the frequency fine adjustment method described above, the laser is irradiated based on the information stored in the storage means.
A mask is not required, and not only a variety of masks need not be prepared according to a variety of piezoelectric elements, but also a defect due to a mask setting error and a defect due to mask deformation or scratching do not occur.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は本発明の周波数微
調方法について説明するための概略構成図を示す。図１
において、１は圧電素子の一例としての厚さが１０μｍ
程度の水晶基板（以下基板という）で、周知の結晶軸に
沿っての切り出しおよび電極形成（図示省略）が行なわ
れている。この基板１はｘ−ｙテーブル２上に振動自在
に載置固定されるとともに、その電極が周波数測定装置
３に接続されている。４はチタンサファイアレーザ源に
よるパルス幅が１ピコ秒以下のフェムト秒レーザ（波長
７８０〜７９０ｎｍ）を発生するレーザ発振装置で、こ
のレーザ発振装置４で発生された超短パルスレーザ（以
下レーザという）６は、レーザヘッド５から基板１に照
射される。前記レーザヘッド５の近傍には、カメラ７が
設置されており、基板１のパターン等を撮像して、撮像
した画像をｘ−ｙテーブル２の制御装置８に送り、ｘ−
ｙテーブル２を駆動するようになっている。また、前記
周波数測定装置３によって測定された周波数は、周波数
測定装置３に予め設定されている基準周波数ｆ0と比較
され、その比較結果が前記レーザ発振装置４およびｘ−
ｙテーブル２の制御装置８に出力される。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining a frequency fine adjustment method of the present invention. Figure 1
In the above, 1 is an example of a piezoelectric element having a thickness of 10 μm.
A known crystal substrate (hereinafter referred to as a substrate) is cut along a known crystal axis and formed with electrodes (not shown). The substrate 1 is mounted and fixed on an xy table 2 so as to be able to vibrate freely, and its electrodes are connected to a frequency measuring device 3. Reference numeral 4 denotes a laser oscillation device for generating a femtosecond laser (wavelength 780 to 790 nm) having a pulse width of 1 picosecond or less by a titanium sapphire laser source, and an ultrashort pulse laser (hereinafter referred to as a laser) generated by the laser oscillation device 4. 6 is applied to the substrate 1 from the laser head 5. In the vicinity of the laser head 5, a camera 7 is installed, which picks up an image of a pattern or the like of the substrate 1, sends the picked-up image to the control device 8 of the xy table 2, and
The y table 2 is driven. Further, the frequency measured by the frequency measuring device 3 is compared with a reference frequency f 0 preset in the frequency measuring device 3, and the comparison result is compared with the laser oscillation device 4 and x−
Output to the control device 8 of the y table 2.
【００２３】次に、その動作について説明する。まず、
周波数測定装置３に基板１の基準周波数ｆ0を設定して
おく。また、カメラ７で基板１のパターン等を撮像し
て、その撮影した画像をｘ−ｙテーブル２の制御装置８
に送る。制御装置８は記憶手段を内蔵しており、基板１
のどの箇所にレーザを照射した場合はどの程度周波数が
変化するか予め記憶されている。したがって、制御装置
８は周波数測定装置３から送られてきた周波数データと
カメラから送られてきた画像データから基板１のレーザ
６を照射すべき位置を割り出し、その割り出し位置に応
じて、ｘ−ｙテーブル２をｘ−ｙ方向に駆動制御して、
レーザ６を照射すべき位置をレーザヘッド５の直下にも
ってくる。Next, the operation will be described. First,
The reference frequency f 0 of the substrate 1 is set in the frequency measuring device 3. Further, the camera 7 captures an image of a pattern or the like on the substrate 1, and the captured image is stored in the control device 8 of the xy table 2.
Send to The control device 8 has a built-in storage means,
It is stored in advance how much the frequency changes when the laser is irradiated to which part. Therefore, the control device 8 determines a position to be irradiated with the laser 6 on the substrate 1 from the frequency data transmitted from the frequency measurement device 3 and the image data transmitted from the camera, and according to the determined position, xy By driving and controlling the table 2 in the xy directions,
The position to be irradiated with the laser 6 is brought directly below the laser head 5.
【００２４】そして、レーザ発振装置４で１ピコ秒以下
の超短パルスのレーザ６を発生させて、レーザヘッド５
から基板１の所定位置に、パルス幅５００ｆｓ以下、レ
ーザ強度１０8〜１０12Ｗ／ｃｍ2、1０Ｈｚ〜１００ｋ
Ｈｚの繰り返し周波数で照射する。すると、基板１の表
層部の一部が超短パルスのレーザ６によるアブレーショ
ン加工効果によって原子オーダで除去される。この基板
１の表層部の一部除去によって、基板１の振動周波数が
変化し、その周波数が周波数測定装置３でモニタされ
る。Then, a laser 6 having an ultrashort pulse of 1 picosecond or less is generated by the laser
At a predetermined position of the substrate 1 with a pulse width of 500 fs or less, laser intensity of 10 8 to 10 12 W / cm 2 , and 10 Hz to 100 k.
Irradiation at a repetition frequency of Hz. Then, a part of the surface layer portion of the substrate 1 is removed in the atomic order by the ablation processing effect by the ultrashort pulse laser 6. By removing a part of the surface layer of the substrate 1, the vibration frequency of the substrate 1 changes, and the frequency is monitored by the frequency measuring device 3.
【００２５】このモニタ値は周波数測定装置３において
予め設定されている基準周波数ｆ0と比較され、基準周
波数ｆ0と一致していなければ、信号がレーザ発振装置
４およびｘ−ｙテーブル２の制御装置８に出力されて、
引き続いてレーザ６の照射が行なわれる。その場合、レ
ーザ６の照射位置は、基準周波数ｆ0とモニタ値との差
によって、最も効果的な位置を割り出し、その割り出し
データに応じて制御装置８でｘ−ｙテーブル２を駆動し
て移動させる。[0025] The monitor value is compared with the reference frequency f 0 that is preset in the frequency measuring device 3, must match the reference frequency f 0, the signal to control the laser oscillator 4 and x-y table 2 Output to device 8,
Subsequently, irradiation of the laser 6 is performed. In that case, the irradiation position of the laser 6 determines the most effective position based on the difference between the reference frequency f 0 and the monitor value, and moves the xy table 2 by driving the xy table 2 by the control device 8 according to the calculated data. Let it.
【００２６】以下、このような動作をモニタ値が基準周
波数ｆ0と一致するまで繰り返し実施して、周波数測定
装置３によるモニタ値が基準周波数ｆ0と一致すれば、
周波数測定装置３からレーザ発振装置４およびｘ−ｙテ
ーブル２の制御装置８に信号が送られて、レーザヘッド
５からレーザ６の照射が停止されるとともに、ｘ−ｙテ
ーブル２の移動が停止される。[0026] Hereinafter, this operation repeatedly performed until the monitor value matches the reference frequency f 0, and if they match the monitor value by the frequency measuring device 3 and the reference frequency f 0,
A signal is sent from the frequency measurement device 3 to the laser oscillation device 4 and the control device 8 of the xy table 2 so that the irradiation of the laser 6 from the laser head 5 and the movement of the xy table 2 are stopped. You.
【００２７】以上のように、本発明の超短パルスのレー
ザ６による周波数微調方法によれば、基板１の表層部の
一部を原子オーダで除去でき、しかも、熱伝導が小さい
のでレーザ６の照射部分近傍の温度上昇がほとんどな
く、基板１の温度上昇そのものに起因する周波数変動
や、基板１の温度上昇による熱歪に起因する周波数変動
や、溶融したレーザ照射部分近傍の基板材料や電極材料
が飛び散って基板１や電極に被着することに起因する周
波数変動が生じないため、精確な周波数微調が可能にな
る。しかも、記憶手段の記憶データに基づいてレーザ照
射位置を変更するのでマスクが不要になり、多種多様な
圧電素子を製造する場合は、その資材費を大きく低減で
きる。As described above, according to the frequency fine-tuning method using the ultrashort pulse laser 6 of the present invention, a part of the surface layer of the substrate 1 can be removed in the atomic order, and the heat conduction is small. There is almost no temperature rise in the vicinity of the irradiated part, frequency fluctuations caused by the temperature rise of the substrate 1 itself, frequency fluctuations caused by thermal strain caused by the temperature rise of the substrate 1, and substrate and electrode materials in the vicinity of the molten laser irradiated part Is not scattered and adheres to the substrate 1 and the electrodes, so that the frequency does not fluctuate. In addition, since the laser irradiation position is changed based on the data stored in the storage means, a mask is not required, and when various kinds of piezoelectric elements are manufactured, the material cost can be greatly reduced.
【００２８】なお、水晶等の圧電素子の基板１は、温度
に応じてレーザ６の透過度が変化し、温度が高くなると
レーザ透過度が低下し、すなわちレーザ吸収係数が向上
するので、この現象を積極的に利用して、基板１におけ
るレーザ６の照射部分の表面温度を上昇させて改質する
ようにしてもよい。The substrate 1 of a piezoelectric element such as quartz changes the transmittance of the laser 6 according to the temperature, and the laser transmittance decreases as the temperature increases, that is, the laser absorption coefficient increases. May be positively utilized to increase the surface temperature of the portion of the substrate 1 irradiated with the laser 6 for reforming.
【００２９】この基板１におけるレーザ６の照射部分の
表面層を改質する手段としては、例えば、レーザ６の他
に焦点をぼかしたレーザを照射したり、連続波またはパ
ルス幅が大きいレーザを小出力で照射したりするような
方法が採用できる。As means for modifying the surface layer of the substrate 1 on the portion irradiated with the laser 6, for example, in addition to the laser 6, a defocused laser may be irradiated, or a continuous wave or a laser having a large pulse width may be used. A method of irradiating with an output can be adopted.
【００３０】この基板１におけるレーザ６の照射部分の
表面温度を上昇させて改質することは、その温度上昇に
より基板１の周波数を変動させるが、従来の連続波また
はパルス幅が大きいレーザによる微調整と異なって、温
度上昇部分はレーザ６の照射部分の表面層でかつ小面積
に限られ、しかも予め設定された条件のもとでの小出力
のレーザ照射に基づくものであるため、その周波数変動
分は予め計算でき、その周波数変動分を考慮して基板１
の周波数をモニタできるので、何ら問題となるものでは
ない。Raising the surface temperature of the portion of the substrate 1 irradiated with the laser 6 for reforming changes the frequency of the substrate 1 due to the temperature rise. Unlike the adjustment, the temperature rising portion is a surface layer of the irradiated portion of the laser 6 and is limited to a small area, and is based on the laser irradiation of a small output under a preset condition. The variation can be calculated in advance, and the substrate 1 is considered in consideration of the frequency variation.
Since it can monitor the frequency of the signal, there is no problem.
【００３１】[0031]
【発明の効果】本発明の周波数微調方法は、圧電素子に
その周波数を測定しながら超短パルスレーザを照射し
て、照射領域の表面層を原子オーダで除去することによ
って周波数を微調整することを特徴とするものであるか
ら、大気中でしかもマスクなしで作業でき、従来のイオ
ンビームを用いる微調方法に比較して真空槽およびマス
クが省略でき、装置が小型化かつ簡易化できるのみなら
ず、長時間を要する真空排気が不要になり、スループッ
トが著しく向上する。また、従来の連続波またはパルス
幅が大きいレーザを照射する微調方法に比較して、レー
ザ照射に伴なう熱伝導がないので基板の温度上昇がな
く、温度上昇そのものに起因する周波数変動や、温度上
昇による熱歪に起因する周波数変動や、レーザ照射部分
近傍の溶融した材料が飛び散って基板や電極に被着する
ことに起因する周波数変動がない。さらに、超短パルス
レーザのアブレーション加工効果によって基板の表層部
を原子オーダで除去するので、精確な微調整が可能であ
る。According to the frequency fine-tuning method of the present invention, the frequency is finely adjusted by irradiating the piezoelectric element with an ultrashort pulse laser while measuring the frequency, and removing the surface layer in the irradiation area in the atomic order. Therefore, it is possible to work in the atmosphere and without a mask, and to omit a vacuum chamber and a mask as compared with the conventional fine adjustment method using an ion beam. This eliminates the need for evacuation, which requires a long time, and significantly improves the throughput. Also, compared to the conventional fine-tuning method of irradiating a continuous wave or a laser with a large pulse width, there is no heat conduction accompanying the laser irradiation, so there is no temperature rise of the substrate, frequency fluctuations caused by the temperature rise itself, There is no frequency fluctuation due to thermal distortion due to temperature rise, and no frequency fluctuation due to the fact that the molten material near the laser-irradiated portion scatters and adheres to the substrate or electrode. Further, since the superficial portion of the substrate is removed in the atomic order by the ablation processing effect of the ultrashort pulse laser, precise fine adjustment is possible.
【図１】本発明の一実施形態における圧電素子の周波数
微調方法を説明する一部を斜視図で示す概略構成図であ
る。FIG. 1 is a schematic configuration diagram partially showing a perspective view illustrating a method for finely adjusting the frequency of a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の圧電素子の周波数微調方法を説明する
要部拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of an essential part for explaining a method for finely adjusting the frequency of a piezoelectric element according to the present invention.
【図３】本発明に用いる超短パルスレーザ装置のブロッ
ク構成図である。FIG. 3 is a block diagram of an ultrashort pulse laser device used in the present invention.
【図４】本発明に用いる超短パルスレーザのチャープパ
ルス増幅過程の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a chirp pulse amplification process of an ultrashort pulse laser used in the present invention.
【図５】従来のイオンビームによる圧電素子の周波数微
調方法を説明する概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a conventional method for finely adjusting the frequency of a piezoelectric element using an ion beam.
【図６】従来のレーザ照射による圧電素子の周波数微調
方法を説明する斜視図である。FIG. 6 is a perspective view illustrating a conventional method for finely adjusting the frequency of a piezoelectric element by laser irradiation.
１ 圧電素子（基板） ２ ｘ−ｙテーブル ３ 周波数測定装置 ４ レーザ発振装置 ５ レーザヘッド ６ 超短パルスレーザ ７ カメラ ８ ｘ−ｙテーブルの制御装置 REFERENCE SIGNS LIST 1 piezoelectric element (substrate) 2 xy table 3 frequency measuring device 4 laser oscillation device 5 laser head 6 ultrashort pulse laser 7 camera 8 xy table control device
Claims (5)
短パルスレーザを照射して、照射領域の表面層を原子オ
ーダで除去することによって周波数を微調整することを
特徴とする圧電素子の周波数微調方法。A frequency of a piezoelectric element is finely adjusted by irradiating an ultrashort pulse laser to the piezoelectric element while measuring its frequency, and removing a surface layer in an irradiation area in an atomic order. Fine tuning method.
ピコ秒以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧
電素子の周波数微調方法。2. The pulse width of the ultrashort pulse laser is 1
2. The method for finely adjusting the frequency of a piezoelectric element according to claim 1, wherein the frequency is picoseconds or less.
ことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電素子の
周波数微調方法。3. The method according to claim 1, wherein the laser irradiation is performed in the atmosphere.
改質した状態で行なわれることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載の圧電素子の周波数微調方法。4. The method for fine-tuning the frequency of a piezoelectric element according to claim 1, wherein the laser irradiation is performed in a state where a surface layer of the piezoelectric element is modified.
た情報に基づいて圧電素子をｘ−ｙ方向に移動させて行
なわれることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
に記載の圧電素子の周波数微調方法。5. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the laser irradiation is performed by moving the piezoelectric element in the xy directions based on information stored in a storage unit. How to fine-tune the frequency of the element.
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| JP2001045148A JP2002246862A (en) | 2001-02-21 | 2001-02-21 | Frequency fine control method for piezoelectric element |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009020015A1 (en) * | 2007-08-06 | 2009-02-12 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Tuning fork-type crystal oscillator and its frequency adjusting method |
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-
2001
- 2001-02-21 JP JP2001045148A patent/JP2002246862A/en not_active Withdrawn
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