JP2004150857A - Temperature characteristic measuring instrument for piezoelectric diaphragm - Google Patents

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JP2004150857A JP2002314015A JP2002314015A JP2004150857A JP 2004150857 A JP2004150857 A JP 2004150857A JP 2002314015 A JP2002314015 A JP 2002314015A JP 2002314015 A JP2002314015 A JP 2002314015A JP 2004150857 A JP2004150857 A JP 2004150857A
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piezoelectric
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Hisataka Sakashita
尚隆 坂下
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Daishinku Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the temperature characteristics of a piezoelectric diaphragm simple body by changing peripheral environment temperature within a specific measuring temperature range. <P>SOLUTION: This temperature characteristic measuring instrument has a measuring space 2 for housing the piezoelectric diaphragm to measure the characteristics thereof, and a vacuuming means 3 for turning the measuring space into a vacuum atmosphere. A base table 41 for mounting the diaphragm thereon, a cover member 42, and a referential electronic component 44 with characteristics changing in compliance with the environment temperature, are provided within the measurement space. The base table has a measuring electrode formed for measuring the frequency of the diaphragm and a temperature adjustment means capable of arbitrarily adjusting temperature in the measuring space. The characteristics of the referential electronic component are measured, an environmental temperature corresponding to the characteristics as the measurement result is recognized as the environmental temperature of the diaphragm to be measured, and characteristic measuring operation on the diaphragm to be measured is executed in connection with the recognized environmental temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子等に組み込まれる圧電振動板単体での環境温度変化に伴う特性変化を測定するために使用される温度特性測定装置にかかる。
【0002】
【従来の技術】
従来より、水晶振動子等の電子部品にあっては使用環境の温度変化によって特性がどのように変化するかを予め知っておくことが必要である。例えば、水晶振動子の場合、環境温度の変化に応じて共振周波数やCI(クリスタルインピーダンス)が変化するため、種々の環境温度における共振周波数やCIを予め測定しておくことが必要である。
【0003】
これまで、真空雰囲気中で、水晶振動子の周波数温度特性を測定するための装置としては、特許文献1に開示されているものがあげられる。この種の測定装置は、測定温度範囲(例えば−40℃〜70℃の範囲)において、先ず、測定室内の温度を−35℃に設定した状態で水晶振動子の共振周波数を測定し、その後、測定室内の温度を上昇させながら、それぞれの温度環境下での共振周波数を測定していくようにしている。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−14683号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記測定装置では、圧電振動板をパッケージ体に収納し、気密封止された水晶振動子としての完成品に対して温度特性を測定しているため、圧電振動板の切断角度ずれ・寸法規格はずれ、不要振動とのカップリングによる不具合等の圧電振動板のみに起因する不具合の確認についても、気密封止された水晶振動子としての完成品に対してしか実施できない。つまり、圧電振動板単体として特性評価できないため、パッケージ等の組み立て材料・パッケージへの組み立てに要するリードタイム・組み立てにかかる人件費等様々な無駄が生じていた。
【0006】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、圧電振動板単体での周辺の環境温度を特定の測定温度範囲内で変化させ、温度特性の測定結果を早期に知ることが可能となり、所望の温度特性が認識できた圧電振動板を組み立てることができるので、より信頼性の高い圧電振動子を無駄なく提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
具体的には、特許請求項1に示すように、環境温度の変化に伴う圧電振動板の特性変化を測定するために使用される温度特性測定装置であって、圧電振動板を収容し、その特性変化を測定するための測定空間と、当該測定空間の内部を真空雰囲気にする真空引き手段とがあり、上記測定空間の内部には、前記圧電振動板を搭載する基台と、当該基台の上面に配置され、前記圧電振動板を位置決めするカバー部材と、測定対象圧電振板と同様の基台に置かれていると共に環境温度に応じて特性が変化する基準電子部品とが備えられており、前記基台には、圧電振動板の周波数を測定するための測定電極が形成されるとともに、上記測定空間内の温度を任意に調整可能な温度調整手段を有しており、上記基準電子部品の特性を測定し、その測定結果である特性に対応する環境温度を測定対象圧電振動板の環境温度と認識して、この認識した環境温度に関連付けて測定対象圧電振動板の特性測定動作を実行するよう構成されていることを特徴とする。
【0008】
また、特許請求項2に示すように、請求項1記載の圧電振動板の温度特性測定装置において、温度調整手段を有する基台がペルチェ素子からなることを特徴とする。
【0009】
また、特許請求項3に示すように、請求項1、2のうち何れか一つに記載の圧電振動板の温度特性測定装置において、基準電子部品は上記測定対象圧電振動板と同種の圧電振動板を用いた圧電振動デバイスであることを特徴とする。
【0010】
また、特許請求項4に示すように、請求項1〜3のうち何れか一つに記載の圧電振動板の温度特性測定装置において、前記カバー部材には、前記基台の測定電極の存在する位置へ向って形成されたテーパー状の配置穴部を有しており、当該配置穴部は前記カバー部材から着脱自在に構成されてなることを特徴とする。
【0011】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、真空雰囲気にて、圧電振動板単体と環境温度に応じて特性が変化する基準電子部品とをカバー部材に位置決めしながら、前記圧電振動板の周波数を測定するための測定電極が形成された基台上部に搭載し、温度調整手段により測定空間内の温度を任意に調整することができるので、結露を防止しながら、測定空間内の温度を高い精度で測定し、圧電振動板単体のみで周波数温度特性を測定することができる。
【0012】
つまり、測定対象物である圧電振動板の温度特性測定結果の信頼性の向上を図るだけでなく、圧電振動板の切断角度ずれや不要振動とのカップリングによる不具合など圧電振動板単体に起因する不具合を圧電振動板単体として周波数温度特性を認識することで未然に防ぐことができる。
【0013】
そして、所望の温度特性が認識された圧電振動板のみを圧電振動子としてケース体等に組み立て、より信頼性の高い圧電振動子を無駄なく提供することができる。
【0014】
特に、環境温度に応じて特性が変化する基準電子部品を採用したことにより、測定空間の温度を直接測定することなしに環境温度を認識している。このため、温度変化に対する特性変化の追従性の高い基準電子部品を採用することにより、測定対象圧電振動板の温度特性を高い精度で測定することが可能になる。
【0015】
また、特許請求項2に示すように、温度調整手段としてペルチェ素子を採用した場合には、測定空間内の温度を容易に任意の値に設定することができ、且つ基台を兼ねることで加熱源及び冷熱源の小型化を図ることができて温度特性測定装置全体の小型化を図ることができる。
【0016】
また、特許請求項3に示すように、基準電子部品は上記測定対象圧電振動板と同種の圧電振動板を用いた場合には、基準電子部品の周波数偏差を認識することによって測定空間内の温度を高い精度で測定することが可能になり、測定対象圧電振動板の温度特性を極めて高精度で測定することが可能となる。
【0017】
更に、この場合、基準電子部品として使用する圧電振動デバイスは、環境温度に対して周波数偏差が一意的に決まるものであり、且つ環境温度の変化量に対する周波数偏差の変化量が、「零周波数温度係数」の特性を有する圧電振動デバイスのその変化量よりも大きい特性を有するものとすることが望ましい。ここで言う「零周波数温度係数」の特性を有する圧電振動デバイスとは、ある温度(例えば25℃)付近において、環境温度の変化量に対する周波数偏差の変化量が極端に小さくなる特性を有するものであり、特性を数式で表した場合の温度係数が「0」となるものである。ATカット水晶振動子などでは、この特性を有するものが一般に使用されている。本解決手段の如く、基準電子部品として、環境温度の変化量に対する周波数偏差の変化量が大きいものを採用することにより、基準電子部品の周波数偏差の測定による測定空間内の温度測定が高精度で行えることになる。
【0018】
また、特許請求項4に示すように、テーパー状の配置穴部により、圧電振動板を基台の測定電極へ誘い込むための位置決めとすることができる。また、当該配置穴部は、位置決め搭載される圧電振動板のサイズに応じて適宜取り替えることのできるので、圧電振動子としてケース体に収納されるものを測定する場合に比べて、様々なサイズが存在する圧電振動板単体を測定するのに適した構成とできる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では温度特性の測定対象である圧電振動板として水晶振動板を適用した場合について説明する。
【0020】
−温度特性測定装置の構成説明−
図1に示すように、本温度特性測定装置1は、水晶振動板Bを収容し、その特性変化を測定するための測定空間としての真空容器2と、当該測定空間の内部を真空雰囲気にする真空引き手段としての真空ポンプ3、この真空容器の内部の後述する測定部分4に接続された出力手段としてのネットワークアナライザー等の計測器5とを備えている。以下、真空容器内部の測定部分4について説明する。
【0021】
測定部分4は、測定対象である水晶振動板B及び後述する基準振動子44を共に載置可能な基台41と、この基台の上面に配置され、前記圧電振動板を位置決めするカバー部材42と、前記測定対象としての水晶振動板Bの上部に所定の間隔をあけて密接配置されるプローブ端子43を備えている。
【0022】
前記基台41は、平板状のペルチェ素子により構成されており、当該測定部分4の温度を任意に調整可能としている。この基台の上面には、金蒸着などの手法により、測定対象である水晶振動板Bと後述する基準振動子44を搭載する部分に、それぞれ水晶振動板と接触可能な測定電極411と、基準振動子の外部端子に接触可能な接続端子電極412、413が形成されている。前記測定電極411は、前記プローブ端子43と対向配置されており、これらの間に高周波信号(所定の高周波電圧等)を印加されるように構成されている。なお、この基台の下面には、図示しないがヒートシンクを備えていることが望ましい。ヒートシンクは、ペルチェ素子としての基台41の下面側の放熱を促進する。
【0023】
上記ペルチェ素子は、図示しないがセラミックなどからなる絶縁伝熱板の間にP型半導体、あるいはN型半導体の接合対を複数にわたり直列に接続されたものであって、電流の通電により一方の面で吸熱が他方の面で発熱がそれぞれ生じるよう構成されたものである。そして、電流の方向を切り換えることによって吸熱面と発熱面とを切り換えることが可能であり、これによって基台41上部の冷却と加熱とを切り換えることが可能となっている。このペルチェ素子に対する印加電圧と表裏面に発生する温度差との関係は、例えば印加電圧を0〜15Vの範囲で調整することにより、表裏面に発生する温度差を0〜90degの範囲内で所望の値に設定することができるようになっている。これにより、基台上面の温度を−20℃〜+70℃の範囲で任意の値に設定することが可能である。
【0024】
前記カバー部材42は、セラミックや高分子ポリエチレン等の絶縁材料により構成されており、測定対象である水晶振動板を位置決め収納し、前記基台の測定電極411の形成された位置へ向う誘い込みを兼ねたテーパー状の配置穴部421と、基準電子部品としての基準振動子44を位置決め収納するための配置穴部422がそれぞれ形成されている。この配置穴部のうち、測定対象である水晶振動板用の配置穴部421については、図3に示すように、カバー部材42から着脱自在にパーツ化したカバー分割部材423を構成している。このため、位置決め搭載される水晶振動板Bのサイズに応じてカバー分割部材423を適宜取り替えることのできる。なお、配置穴部421の形状は、矩形状の水晶振動板に対応させるために方形状としているが、円形状、楕円形状等であっても特に問題はない。
【0025】
これらを収容してなる真空容器2には、真空ポンプ3が接続されており、真空ポンプが駆動されることにより、この真空容器2の内部空間が真空引きされるようになっている。
【0026】
次に、上述の如く構成された温度特性測定装置1とネットワークアナライザー等の計測器5との接続状態について説明する。温度特性測定装置1の測定対象側のプローブ端子43と測定電極411、基準振動子側の接続端子電極412、413は出力切り換え手段としてのスイッチングユニット6を介して計測器5に接続されている。
【0027】
このスイッチングユニット6は、図中実線で示すように測定対象側のプローブ端子43と測定電極411を計測器5に接続する状態と、図中破線で示すように基準振動子側の接続端子電極412、413を計測器5に接続する状態とが切り換え可能となっている。この切り換え動作により、前者の場合には、測定対象である水晶振動板Bの周波数特性が計測器5に表示される一方、後者の場合には、基準振動子11の周波数特性が計測器5に表示されることになる。
【0028】
なお、測定対象物である水晶振動板Bの周波数測定は、プローブ端子43を水晶振動板Bに近接、または接触させて、高周波信号発生器7からプローブ端子と測定電極411の間に高周波信号(所定の高周波電圧等)を印加し、この出力信号を計測器5が受けることで、測定対象である水晶振動板Bの周波数特性が計測器5に表示されることにより実施される。
【0029】
上述した温度特性測定装置では、出力手段として計測器を使用しているので、測定対象水晶振動板の温度変化に伴う共振特性の変化の状態を連続的にモニタすることが可能となる。また、測定したい温度点近傍で、所定温度毎に計測器で計測された共振波形を数値データとして記憶するという動作を繰り返すようにすれば、温度変化に伴う連続的な共振波形の変化の様子を記録、確認できる。これによって、不具合モードの特定等を行う際に有効なデータを取得することができる。
【0030】
次に、上記基準振動子44について説明する。本形態における測定対象である水晶振動板BがATカット水晶振動子である場合、この基準振動子44としてもATカット水晶振動子が採用され、測定対象である水晶振動板と同一材料及び同一形状の水晶振動板を備えている。
【0031】
そして、この基準振動子44としては、以下の周波数温度特性を備えたものが採用されている。一般的に使用されるATカット水晶振動子は、図2(環境温度と周波数偏差との関係を示す図)に破線で示すように、ある温度(図2のものでは25℃)付近において、環境温度の変化量に対する周波数偏差の変化量が小さくなる特性のものが使用されている。これは、この温度付近で使用した場合に、環境温度がある程度変化しても周波数偏差の変動が抑えられるようにして水晶振動子に安定した性能を維持させるためである。これに対し、基準振動子44として採用されるATカット水晶振動子は、図2に実線で示すように、何れの温度域においても環境温度の変化量に対する周波数偏差の変化量が上記一般的なATカット水晶振動子よりも大きくなっている特性のものが使用されている。言い換えると、周波数偏差の値と環境温度の値とが高い精度で一意的に対応している特性のものである。上記一般的なATカット水晶振動子の特性は、この特性を数式で表した場合の温度係数が「0」のものであり、一般に「零周波数温度係数」の特性を有するものと呼ばれている。これに対し、上記基準振動子44として採用されるATカット水晶振動子は、上記一般的なATカット水晶振動子に用いられている水晶片とは切断角度が異なる水晶片を使用したものであって、温度に対して周波数偏差が一意的に決まる特性を有しており、零周波数温度係数の特性を有する振動子に対して反時計回り(またはCCW方向)に回転した特性と呼ばれている。
【0032】
このような基準振動子44を採用することにより、この基準振動子44の周波数偏差を測定すれば基台41上部の温度が高精度で測定することができるようになっている。
【0033】
なお、上述した如く、基準振動子44は、測定対象である水晶振動板Bと同種のもの(上述のものでは何れもATカット水晶振動子)であることが好ましいが、互いに異なる種類の水晶振動子であってもよい。例えば、測定対象である水晶振動板BがATカット水晶振動子であるのに対し、基準振動子44として音叉型水晶振動子やBTカット水晶振動子等を採用してもよい。
【0034】
−温度特性測定装置1による測定動作の説明−
次に、上述の如く構成された温度特性測定装置1による水晶振動板Bの周波数温度特性の測定動作について説明する。本形態では、測定温度範囲を−20℃〜+70℃とし、真空容器内を真空雰囲気にした状態で、基台41上部温度を−20℃とした後に周波数温度特性の測定を開始し、2deg毎に+70℃まで水晶振動板Bの周波数温度特性の測定を順次行っていく場合について説明する。
【0035】
先ず、基台41上部に水晶振動板Bと基準振動子44をそれぞれ載置する。この載置後、真空容器2内を真空ポンプ3により真空雰囲気にする。また、スイッチングユニット6は、図1に破線で示すように、基準振動子側を計測器5に接続する状態とし、基準振動子44の周波数特性が計測器5に表示されるようにしておく。
【0036】
この状態で、図示しない電源制御装置から基台41としてのペルチェ素子に通電を行い、その上面が吸熱動作を、下面が放熱動作を行うようにする。これにより、基台41の上部は冷却されていく。この場合にペルチェ素子に印加される電圧は下面温度が−20℃となる値である。この冷却動作に伴って基準振動子44は共振周波数が変化していく。この変化の状態は計測器5に表示される。
【0037】
そして、基準振動子44の周波数偏差が環境温度−20℃における値に一致した時点で周波数温度特性の測定を開始する。
つまり、スイッチングユニット6を、図1に実線で示すように、測定対象である水晶振動板側が計測器5に接続する状態とし、プローブ端子43を水晶振動板Bに近接、または接触させて、高周波信号発生器7からプローブ端子と測定電極411の間に高周波信号(所定の高周波電圧等)を印加し、この出力信号を計測器5が受けることで、測定対象である水晶振動板Bの周波数特性が計測器5に表示されるようにする。そして、この状態を計測器5の記憶装置に記憶するか若しくは出力する。
【0038】
その後、スイッチングユニット6を図1に破線で示すように再び切り換えると共に、上面温度が−18℃となる電圧をペルチェ素子(基台41)に印加する。これにより、基台上面の温度は上昇していき、それに伴って基準振動子44の共振周波数が変化していく。この変化の状態は計測器5に表示される。
【0039】
そして、基準振動子44の周波数偏差が環境温度−18℃における値に一致した時点で、スイッチングユニット6を図1に実線で示す状態に切り換えて、測定対象である水晶振動板Bの周波数特性を計測器5に表示させ、この状態を計測器5の記憶装置に記憶若しくは出力する。
【0040】
その後、再びスイッチングユニット6を図1に破線で示すように切り換え、下面温度が−16℃となる電圧をペルチェ素子に印加する。
【0041】
このようなペルチェ素子への印加電圧の切り換えに伴う基準振動子44の周波数偏差の測定と水晶振動板の周波数特性の測定とを交互に行っていき、基台41上部の温度が+70℃になるまで基台上部の環境温度を次第に上昇させながら2deg毎に水晶振動板Bの周波数特性の測定を行っていく。
なお、基台上部の環境温度を常温以上に高める場合には、ペルチェ素子の上面が放熱動作を下面が吸熱動作をそれぞれ行うことになる。そして、+70℃での水晶振動板Bの周波数特性の測定が終了すると、ペルチェ素子への通電を停止し、真空容器内を大気圧に戻し、基台41から水晶振動板Bを取り出して周波数温度特性の測定作業を終了する。
【0042】
−その他の実施形態−
上述した温度特性測定装置では、測定対象物である水晶振動板Bに対して、プローブ端子43のみが非接触の構成となっているが、測定電極側も非接触とすることで、水晶振動板の振動を阻害しないより好ましい特性測定が実施できる。例えば、図4では、測定部分に、上側ペルチェ素子81(カバー部材に相当),下側ペルチェ素子82(基台)が配置されており、各ペルチェ素子の対向面には測定電極811,821と水晶振動板保持用スペーサー812,813,822,823が形成されている。この測定部分で水晶振動板Bを測定する場合、前記各水晶振動板保持スペーサーにより水晶振動板の端部上下方向で挟み込み、前記各測定電極により水晶振動板の中央部分の上下方向から高周波信号を印加されるので、水晶振動板の中央部分を非接触状態で周波数測定すことができる。
【0043】
また、上記実施形態では、基台上部の温度を測定温度範囲の下限値まで一旦降下させた後に基台上部の温度を上昇させながら温度特性の測定を実行するようにしていたが、逆に、基台上部の温度を測定温度範囲の上限値まで一旦上昇させた後に基台上部の温度を降下させながら温度特性の測定を実行するようにしてもよい。また、温度特性測定の更なる高精度化を図るためには、これら両動作によって温度特性をそれぞれ測定することが好ましい。また、測定温度範囲は上述した範囲に限るものではない。
【0044】
更に、上記実施形態では、基台上部の温度を調整するための手段としてはペルチェ素子を使用したが、本発明はこれに限るものではなく、個別の冷熱源と温熱源とを備えさせ、それぞれの動作によって基台上部の温度を調整するようにしてもよい。但し、装置全体の小型化を図るためには上記ペルチェ素子を採用することが最も好ましい。
【0045】
また、上記実施形態では、1台の計測器5に対してスイッチングユニット6によって基準振動子44と水晶振動板Bの接続状態を切り換えるようにしていたが、基準振動子44と水晶振動板Bそれぞれに計測器を接続してもよい。これによれば、水晶振動板Bの共振周波数を常時モニタすることが可能になる。
【0046】
上記実施形態では、温度特性の測定対象である電子部品として水晶振動子を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、水晶フィルタ、IC等の種々の電子部品の温度特性測定に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる温度特性測定装置の概略構成を示す図である。
【図2】ATカット水晶振動子における環境温度と周波数偏差との関係を示すものであって、一般的なATカット水晶振動子の特性を破線で、基準振動子として採用されるATカット水晶振動子の特性を実線でそれぞれ示す図である。
【図3】本発明にかかる温度特性測定装置における基台とカバー部材の斜視図である。
【図4】本発明の他の温度特性測定装置の測定部分を示す断面図である。
【符号の説明】
1 温度特性測定装置
2 真空容器
3 真空ポンプ
4 測定部分
41 基台(ペルチェ素子)
42 カバー部材
43 プローブ端子
44 基準振動子(基準電子部品)
5 計測器
6 スイッチングユニット(出力切り換え手段)
7 高周波信号発生器
B 水晶振動子(測定対象物)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature characteristic measuring device used for measuring a characteristic change associated with an environmental temperature change of a piezoelectric vibrating plate incorporated in a quartz oscillator or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, it is necessary to know in advance how characteristics of electronic components such as quartz resonators change due to temperature changes in the use environment. For example, in the case of a crystal oscillator, the resonance frequency and CI (crystal impedance) change according to the change in the environmental temperature. Therefore, it is necessary to measure the resonance frequency and CI at various environmental temperatures in advance.
[0003]
Heretofore, as an apparatus for measuring the frequency-temperature characteristics of a quartz oscillator in a vacuum atmosphere, there is an apparatus disclosed in Patent Document 1. This type of measuring apparatus measures the resonance frequency of a quartz oscillator in a measurement temperature range (for example, a range of −40 ° C. to 70 ° C.) with the temperature inside the measurement chamber set at −35 ° C. The resonance frequency under each temperature environment is measured while increasing the temperature in the measurement room.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-14683
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above measuring device, the piezoelectric vibrating plate is housed in a package, and the temperature characteristics of the finished product as a hermetically sealed quartz oscillator are measured. Confirmation of a defect due to only the piezoelectric vibrating plate, such as a deviation from the standard or a defect due to coupling with unnecessary vibration, can be performed only for a completed product as a hermetically sealed crystal resonator. That is, since characteristics cannot be evaluated as a single piezoelectric vibrating plate, various wastes such as assembly materials such as a package, a lead time required for assembling into a package, and labor costs required for assembly have occurred.
[0006]
The present invention has been made in view of such a point, it is possible to change the surrounding environmental temperature of the piezoelectric vibrating plate alone within a specific measurement temperature range, and to know the measurement result of the temperature characteristic at an early stage. An object of the present invention is to provide a more reliable piezoelectric vibrator without wasting since a piezoelectric vibrating plate having a desired temperature characteristic can be recognized.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Specifically, as set forth in claim 1, a temperature characteristic measuring device used for measuring a characteristic change of a piezoelectric vibrating plate with a change in environmental temperature, the piezoelectric vibrating plate being accommodated therein, There is a measurement space for measuring a characteristic change, and vacuuming means for making the inside of the measurement space a vacuum atmosphere. Inside the measurement space, a base on which the piezoelectric vibration plate is mounted, and a base A cover member for positioning the piezoelectric diaphragm, and a reference electronic component that is placed on the same base as the piezoelectric diaphragm to be measured and whose characteristics change according to the environmental temperature are provided. A measurement electrode for measuring the frequency of the piezoelectric diaphragm is formed on the base, and the base has a temperature adjustment means capable of arbitrarily adjusting the temperature in the measurement space. Measure the characteristics of the part and It is configured to recognize the environmental temperature corresponding to the characteristic as the environmental temperature of the piezoelectric diaphragm to be measured, and perform the characteristic measuring operation of the piezoelectric diaphragm to be measured in association with the recognized environmental temperature. And
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the temperature measuring apparatus for a piezoelectric vibrating plate according to the first aspect, the base having the temperature adjusting means is formed of a Peltier element.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the temperature characteristic measuring apparatus for a piezoelectric vibrating plate according to any one of the first and second aspects, the reference electronic component is a piezoelectric vibrating plate of the same kind as the piezoelectric vibrating plate to be measured. It is a piezoelectric vibration device using a plate.
[0010]
Further, as set forth in claim 4, in the temperature characteristic measuring device for a piezoelectric vibrating plate according to any one of claims 1 to 3, the measurement electrode of the base is present on the cover member. It has a tapered arrangement hole formed toward a position, and the arrangement hole is configured to be detachable from the cover member.
[0011]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the frequency of the piezoelectric vibrating plate is measured while positioning the piezoelectric vibrating plate alone and the reference electronic component whose characteristics change according to the environmental temperature in the vacuum atmosphere on the cover member. The temperature inside the measurement space can be adjusted with high accuracy while preventing dew condensation, since it can be arbitrarily adjusted by the temperature adjustment means. The frequency temperature characteristics can be measured only by measuring the piezoelectric vibrating plate alone.
[0012]
In other words, it not only improves the reliability of the temperature characteristic measurement results of the piezoelectric diaphragm that is the measurement target, but also causes the piezoelectric diaphragm itself to have a problem such as a cutting angle deviation of the piezoelectric diaphragm or a failure due to coupling with unnecessary vibration. Problems can be prevented beforehand by recognizing the frequency temperature characteristics as a single piezoelectric vibration plate.
[0013]
Then, only the piezoelectric vibrating plate for which the desired temperature characteristic is recognized is assembled as a piezoelectric vibrator in a case body or the like, and a more reliable piezoelectric vibrator can be provided without waste.
[0014]
In particular, by using a reference electronic component whose characteristics change according to the environmental temperature, the environmental temperature is recognized without directly measuring the temperature of the measurement space. For this reason, the temperature characteristics of the piezoelectric vibration plate to be measured can be measured with high accuracy by adopting the reference electronic component having a high follow-up property change with respect to the temperature change.
[0015]
Further, when a Peltier element is employed as the temperature adjusting means, the temperature in the measurement space can be easily set to an arbitrary value, and the temperature can be easily set by using the base as a base. The size of the temperature characteristic measuring apparatus can be reduced by downsizing of the heat source and the cold heat source.
[0016]
When the reference electronic component uses the same type of piezoelectric diaphragm as the piezoelectric diaphragm to be measured, the temperature deviation in the measurement space is determined by recognizing the frequency deviation of the reference electronic component. Can be measured with high accuracy, and the temperature characteristics of the piezoelectric vibration plate to be measured can be measured with extremely high accuracy.
[0017]
Further, in this case, in the piezoelectric vibration device used as the reference electronic component, the frequency deviation is uniquely determined with respect to the environmental temperature, and the variation of the frequency deviation with respect to the variation of the environmental temperature is “zero frequency temperature”. It is desirable that the piezoelectric vibrating device having the characteristic of “coefficient” has a characteristic larger than the change amount thereof. The term "piezoelectric vibration device having the characteristic of" zero frequency temperature coefficient "as used herein means a characteristic in which the variation of the frequency deviation with respect to the variation of the environmental temperature becomes extremely small near a certain temperature (for example, 25 ° C.). In this case, the temperature coefficient when the characteristic is represented by a mathematical expression is “0”. An AT-cut quartz resonator having such characteristics is generally used. By adopting a reference electronic component having a large variation in the frequency deviation with respect to the variation in the environmental temperature as in the present solution, the temperature measurement in the measurement space by measuring the frequency deviation of the reference electronic component can be performed with high accuracy. You can do it.
[0018]
Further, as set forth in claim 4, the tapered arrangement hole allows positioning for guiding the piezoelectric vibration plate to the measurement electrode of the base. In addition, since the arrangement hole can be appropriately replaced according to the size of the piezoelectric vibration plate to be positioned and mounted, various sizes are available as compared with the case where the piezoelectric vibrator is stored in the case body. A configuration suitable for measuring the existing piezoelectric diaphragm alone can be obtained.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a case will be described in which a quartz vibrating plate is applied as a piezoelectric vibrating plate whose temperature characteristic is to be measured.
[0020]
-Explanation of the configuration of the temperature characteristic measuring device-
As shown in FIG. 1, the temperature characteristic measuring apparatus 1 accommodates a quartz plate B, a vacuum vessel 2 as a measuring space for measuring a change in the characteristic, and makes the inside of the measuring space a vacuum atmosphere. The apparatus includes a vacuum pump 3 as evacuation means, and a measuring instrument 5 such as a network analyzer as output means connected to a measurement part 4 described later inside the vacuum vessel. Hereinafter, the measurement portion 4 inside the vacuum vessel will be described.
[0021]
The measuring portion 4 includes a base 41 on which the quartz plate B to be measured and a reference vibrator 44 described later can be mounted together, and a cover member 42 disposed on the upper surface of the base and positioning the piezoelectric vibrating plate. And a probe terminal 43 which is closely arranged at a predetermined interval above the quartz plate B as the object to be measured.
[0022]
The base 41 is formed of a flat Peltier element, and the temperature of the measuring portion 4 can be arbitrarily adjusted. On the upper surface of the base, a measurement electrode 411 that can be brought into contact with the crystal vibrating plate and a reference Connection terminal electrodes 412 and 413 that can contact external terminals of the vibrator are formed. The measurement electrode 411 is disposed to face the probe terminal 43, and is configured to apply a high-frequency signal (a predetermined high-frequency voltage or the like) therebetween. It is preferable that a heat sink (not shown) is provided on the lower surface of the base. The heat sink promotes heat radiation on the lower surface side of the base 41 as a Peltier element.
[0023]
The Peltier device is a device in which a plurality of junction pairs of a P-type semiconductor or an N-type semiconductor are connected in series between insulating heat transfer plates made of ceramic or the like (not shown). Are configured such that heat is generated on the other surface. Then, it is possible to switch between the heat absorbing surface and the heat generating surface by switching the direction of the current, and thereby it is possible to switch between the cooling and the heating of the upper portion of the base 41. The relationship between the voltage applied to the Peltier element and the temperature difference generated on the front and back surfaces is adjusted, for example, by adjusting the applied voltage in the range of 0 to 15 V, so that the temperature difference generated on the front and back surfaces is controlled within a range of 0 to 90 deg. It can be set to the value of. Thereby, the temperature of the upper surface of the base can be set to an arbitrary value in the range of −20 ° C. to + 70 ° C.
[0024]
The cover member 42 is made of an insulating material such as ceramic or high-molecular-weight polyethylene. The cover member 42 positions and stores the quartz plate to be measured, and also serves as an invitation to the position where the measurement electrode 411 of the base is formed. A tapered arrangement hole 421 and an arrangement hole 422 for positioning and storing the reference oscillator 44 as a reference electronic component are formed respectively. Of the arrangement holes, the arrangement hole 421 for the quartz plate to be measured, as shown in FIG. 3, constitutes a cover dividing member 423 detachably formed as a part from the cover member 42. Therefore, the cover dividing member 423 can be appropriately replaced according to the size of the quartz plate B to be positioned and mounted. In addition, although the shape of the arrangement hole 421 is a square shape in order to correspond to a rectangular quartz plate, there is no particular problem even if it is a circular shape, an elliptical shape, or the like.
[0025]
A vacuum pump 3 is connected to the vacuum container 2 containing these components, and the internal space of the vacuum container 2 is evacuated by driving the vacuum pump.
[0026]
Next, the connection state between the temperature characteristic measuring device 1 configured as described above and the measuring device 5 such as a network analyzer will be described. The probe terminal 43 and the measurement electrode 411 on the measurement target side of the temperature characteristic measuring apparatus 1 and the connection terminal electrodes 412 and 413 on the reference vibrator side are connected to the measuring instrument 5 via the switching unit 6 as an output switching means.
[0027]
The switching unit 6 has a state in which the probe terminal 43 on the measurement target side and the measurement electrode 411 are connected to the measuring instrument 5 as shown by a solid line in the figure, and a connection terminal electrode 412 on the reference oscillator side as shown by a broken line in the figure. , 413 to the measuring instrument 5 can be switched. By this switching operation, in the former case, the frequency characteristic of the quartz plate B to be measured is displayed on the measuring device 5, whereas in the latter case, the frequency characteristic of the reference vibrator 11 is displayed on the measuring device 5. Will be displayed.
[0028]
Note that the frequency of the quartz plate B to be measured is measured by bringing the probe terminal 43 close to or in contact with the quartz plate B, and transmitting a high-frequency signal (from the high-frequency signal generator 7) between the probe terminal and the measurement electrode 411. When a predetermined high-frequency voltage or the like is applied, and the output signal is received by the measuring instrument 5, the frequency characteristic of the quartz plate B to be measured is displayed on the measuring instrument 5.
[0029]
In the above-described temperature characteristic measuring apparatus, since the measuring device is used as the output means, it is possible to continuously monitor the state of the change in the resonance characteristic due to the temperature change of the quartz plate to be measured. In addition, by repeating the operation of storing the resonance waveform measured by the measuring device at each predetermined temperature as numerical data in the vicinity of the temperature point to be measured, the state of the continuous resonance waveform change due to the temperature change can be obtained. Can be recorded and confirmed. As a result, it is possible to acquire effective data when specifying a failure mode or the like.
[0030]
Next, the reference oscillator 44 will be described. In the case where the quartz plate B to be measured in this embodiment is an AT-cut quartz oscillator, an AT-cut quartz oscillator is also used as the reference oscillator 44, and has the same material and the same shape as the quartz plate to be measured. Is provided.
[0031]
As the reference oscillator 44, one having the following frequency-temperature characteristics is employed. As shown by a broken line in FIG. 2 (a diagram showing a relationship between an environmental temperature and a frequency deviation), an AT-cut quartz resonator generally used has an ambient temperature near a certain temperature (25 ° C. in FIG. 2). The characteristic is such that the variation of the frequency deviation with respect to the variation of the temperature is small. This is because when used near this temperature, the fluctuation of the frequency deviation is suppressed even when the environmental temperature changes to some extent, so that the crystal resonator maintains stable performance. On the other hand, as shown by the solid line in FIG. 2, the AT-cut crystal resonator employed as the reference resonator 44 has the above-described general variation in frequency deviation with respect to the variation in environmental temperature in any temperature range. Those having characteristics that are larger than those of AT-cut quartz resonators are used. In other words, the characteristic has a characteristic in which the value of the frequency deviation and the value of the environmental temperature uniquely correspond with high accuracy. The characteristics of the above-mentioned general AT-cut quartz resonator have a temperature coefficient of “0” when this characteristic is expressed by a mathematical expression, and are generally called as having a characteristic of “zero frequency temperature coefficient”. . On the other hand, the AT-cut crystal resonator used as the reference resonator 44 uses a crystal piece having a different cutting angle from the crystal piece used for the general AT-cut crystal resonator. Frequency characteristic is uniquely determined with respect to temperature, and is called a characteristic rotated counterclockwise (or in the CCW direction) with respect to a vibrator having zero frequency temperature coefficient characteristics. .
[0032]
By employing such a reference oscillator 44, the temperature above the base 41 can be measured with high accuracy by measuring the frequency deviation of the reference oscillator 44.
[0033]
As described above, the reference oscillator 44 is preferably of the same type as the quartz-crystal vibrating plate B to be measured (in each of the above-described embodiments, an AT-cut quartz-crystal oscillator). May be a child. For example, while the quartz crystal plate B to be measured is an AT-cut quartz-crystal oscillator, a tuning-fork-type quartz oscillator, a BT-cut quartz-crystal oscillator, or the like may be adopted as the reference oscillator 44.
[0034]
-Explanation of measurement operation by temperature characteristic measuring device 1-
Next, a description will be given of an operation of measuring the frequency-temperature characteristic of the quartz plate B by the temperature characteristic measuring device 1 configured as described above. In this embodiment, the measurement temperature range is −20 ° C. to + 70 ° C., and the temperature of the frequency temperature characteristic is started after the upper temperature of the base 41 is set to −20 ° C. in a vacuum atmosphere in the vacuum vessel. Next, a description will be given of a case in which the measurement of the frequency temperature characteristic of the crystal diaphragm B is sequentially performed up to + 70 ° C.
[0035]
First, the quartz vibrating plate B and the reference vibrator 44 are placed on the base 41, respectively. After this mounting, the inside of the vacuum vessel 2 is brought into a vacuum atmosphere by the vacuum pump 3. Further, the switching unit 6 is set in a state where the reference vibrator side is connected to the measuring device 5 as shown by a broken line in FIG. 1, and the frequency characteristics of the reference vibrator 44 are displayed on the measuring device 5.
[0036]
In this state, power is supplied to a Peltier element as the base 41 from a power supply control device (not shown) so that the upper surface thereof performs a heat absorbing operation and the lower surface thereof performs a heat releasing operation. Thereby, the upper part of the base 41 is cooled. In this case, the voltage applied to the Peltier element is a value at which the lower surface temperature becomes −20 ° C. With this cooling operation, the resonance frequency of the reference oscillator 44 changes. The state of this change is displayed on the measuring device 5.
[0037]
Then, when the frequency deviation of the reference oscillator 44 matches the value at the ambient temperature of −20 ° C., the measurement of the frequency temperature characteristic is started.
That is, as shown by the solid line in FIG. 1, the switching unit 6 is set in a state where the quartz plate to be measured is connected to the measuring instrument 5, and the probe terminal 43 is brought close to or in contact with the quartz plate B to A high-frequency signal (predetermined high-frequency voltage or the like) is applied between the probe terminal and the measurement electrode 411 from the signal generator 7, and the output signal is received by the measuring device 5, whereby the frequency characteristic of the quartz plate B to be measured is measured. Is displayed on the measuring instrument 5. Then, this state is stored in the storage device of the measuring instrument 5 or output.
[0038]
Thereafter, the switching unit 6 is switched again as shown by the broken line in FIG. 1 and a voltage at which the upper surface temperature becomes -18 ° C. is applied to the Peltier element (base 41). As a result, the temperature of the upper surface of the base rises, and the resonance frequency of the reference oscillator 44 changes accordingly. The state of this change is displayed on the measuring device 5.
[0039]
When the frequency deviation of the reference vibrator 44 matches the value at the ambient temperature of −18 ° C., the switching unit 6 is switched to the state shown by the solid line in FIG. 1 to change the frequency characteristic of the quartz plate B to be measured. The state is displayed on the measuring device 5, and this state is stored or output in the storage device of the measuring device 5.
[0040]
After that, the switching unit 6 is switched again as shown by the broken line in FIG. 1, and a voltage at which the lower surface temperature becomes -16 ° C. is applied to the Peltier element.
[0041]
The measurement of the frequency deviation of the reference vibrator 44 and the measurement of the frequency characteristics of the quartz vibrating plate accompanying the switching of the applied voltage to the Peltier element are performed alternately, and the temperature of the upper portion of the base 41 becomes + 70 ° C. The frequency characteristics of the quartz vibrating plate B are measured every 2 deg while gradually increasing the environmental temperature above the base.
When the environmental temperature of the upper part of the base is raised to room temperature or higher, the upper surface of the Peltier element performs a heat radiation operation and the lower surface performs a heat absorption operation. When the measurement of the frequency characteristics of the quartz vibrating plate B at + 70 ° C. is completed, the power supply to the Peltier element is stopped, the inside of the vacuum vessel is returned to the atmospheric pressure, the quartz vibrating plate B is taken out from the base 41, and the frequency temperature is measured. The characteristic measuring operation is completed.
[0042]
-Other embodiments-
In the above-described temperature characteristic measuring device, only the probe terminal 43 is in non-contact with the quartz plate B to be measured. More preferable characteristic measurement that does not hinder the vibration of. For example, in FIG. 4, an upper Peltier element 81 (corresponding to a cover member) and a lower Peltier element 82 (base) are arranged in the measurement portion, and measurement electrodes 811 and 821 are provided on the opposing surface of each Peltier element. Quartz diaphragm holding spacers 812, 812, 822, and 823 are formed. When the quartz plate B is measured at this measurement portion, the quartz crystal plate holding spacer is sandwiched between the ends of the quartz plate in the up and down direction, and the measuring electrodes are used to transmit a high frequency signal from the up and down direction of the central portion of the quartz plate. Since the voltage is applied, the frequency can be measured in a non-contact state at the central portion of the quartz vibrating plate.
[0043]
In the above embodiment, the temperature of the upper portion of the base is once decreased to the lower limit of the measurement temperature range, and then the temperature characteristics are measured while increasing the temperature of the upper portion of the base. After the temperature of the upper portion of the base is once increased to the upper limit value of the measurement temperature range, the temperature characteristic may be measured while lowering the temperature of the upper portion of the base. In order to further improve the accuracy of the temperature characteristic measurement, it is preferable to measure the temperature characteristics by both of these operations. Further, the measurement temperature range is not limited to the above-described range.
[0044]
Furthermore, in the above-described embodiment, a Peltier element was used as a means for adjusting the temperature of the upper portion of the base. However, the present invention is not limited to this, and a separate cooling source and a heating source are provided. The temperature of the upper part of the base may be adjusted by the operation described above. However, it is most preferable to employ the above-mentioned Peltier element in order to reduce the size of the entire apparatus.
[0045]
Further, in the above embodiment, the connection state between the reference oscillator 44 and the quartz plate B is switched by the switching unit 6 for one measuring instrument 5. May be connected to a measuring instrument. According to this, the resonance frequency of the crystal diaphragm B can be constantly monitored.
[0046]
In the above embodiment, the case where the crystal resonator is applied as the electronic component whose temperature characteristic is to be measured has been described. The present invention is not limited to this, and can be applied to temperature characteristic measurement of various electronic components such as a crystal filter and an IC.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a temperature characteristic measuring device according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between an ambient temperature and a frequency deviation in an AT-cut quartz resonator, wherein a characteristic of a general AT-cut quartz resonator is indicated by a broken line, and an AT-cut quartz resonator adopted as a reference resonator. It is a figure which shows the characteristic of a child with a solid line, respectively.
FIG. 3 is a perspective view of a base and a cover member in the temperature characteristic measuring device according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a measurement portion of another temperature characteristic measurement device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Temperature characteristic measuring device 2 Vacuum container 3 Vacuum pump 4 Measurement part 41 Base (Peltier element)
42 cover member 43 probe terminal 44 reference oscillator (reference electronic component)
5 Measuring instrument 6 Switching unit (output switching means)
7 High-frequency signal generator B Quartz resonator (measurement target)

Claims (4)

環境温度の変化に伴う圧電振動板の特性変化を測定するために使用される温度特性測定装置であって、
圧電振動板を収容し、その特性変化を測定するための測定空間と、当該測定空間の内部を真空雰囲気にする真空引き手段とがあり、
上記測定空間の内部には、前記圧電振動板を搭載する基台と、当該基台の上面に配置され、前記圧電振動板を位置決めするカバー部材と、測定対象圧電振板と同様の基台に置かれていると共に環境温度に応じて特性が変化する基準電子部品とが備えられており、
前記基台には、圧電振動板の周波数を測定するための測定電極が形成されるとともに、上記測定空間内の温度を任意に調整可能な温度調整手段を有しており、
上記基準電子部品の特性を測定し、その測定結果である特性に対応する環境温度を測定対象圧電振動板の環境温度と認識して、この認識した環境温度に関連付けて測定対象圧電振動板の特性測定動作を実行するよう構成されていることを特徴とする圧電振動板の温度特性測定装置。
A temperature characteristic measuring device used for measuring a characteristic change of a piezoelectric diaphragm accompanying a change in an environmental temperature,
There is a measurement space for accommodating the piezoelectric vibration plate and measuring a change in the characteristics thereof, and a vacuuming means for making the inside of the measurement space a vacuum atmosphere.
Inside the measurement space, a base on which the piezoelectric diaphragm is mounted, a cover member arranged on the upper surface of the base and positioning the piezoelectric diaphragm, and a base similar to the piezoelectric diaphragm to be measured. There is a reference electronic component that is placed and whose characteristics change according to the environmental temperature,
A measurement electrode for measuring the frequency of the piezoelectric diaphragm is formed on the base, and the base has a temperature adjustment unit that can arbitrarily adjust the temperature in the measurement space,
Measure the characteristics of the reference electronic component, recognize the environmental temperature corresponding to the characteristic that is the measurement result as the environmental temperature of the piezoelectric diaphragm to be measured, and associate the characteristic with the recognized environmental temperature to determine the characteristic of the piezoelectric diaphragm to be measured. An apparatus for measuring a temperature characteristic of a piezoelectric vibrating plate, wherein the apparatus is configured to execute a measuring operation.
請求項1記載の圧電振動板の温度特性測定装置において、
温度調整手段を有する基台がペルチェ素子からなることを特徴とする電子部品の温度特性測定装置。
The apparatus for measuring temperature characteristics of a piezoelectric diaphragm according to claim 1,
A temperature characteristic measuring device for an electronic component, wherein the base having the temperature adjusting means comprises a Peltier element.
請求項1、2のうち何れか一つに記載の圧電振動板の温度特性測定装置において、
基準電子部品は上記測定対象圧電振動板と同種の圧電振動板を用いた圧電振動デバイスであることを特徴とする圧電振動板の温度特性測定装置。
The temperature characteristic measuring device for a piezoelectric vibrating plate according to any one of claims 1 and 2,
The reference electronic component is a piezoelectric vibration device using the same type of piezoelectric vibration plate as the above-mentioned piezoelectric vibration plate to be measured.
請求項1〜3のうち何れか一つに記載の圧電振動板の温度特性測定装置において、
前記カバー部材には、前記基台の測定電極の存在する位置へ向って形成されたテーパー状の配置穴部を有しており、当該配置穴部は前記カバー部材から着脱自在に構成されてなることを特徴とする圧電振動板の温度特性測定装置。
The temperature characteristic measuring device for a piezoelectric diaphragm according to any one of claims 1 to 3,
The cover member has a tapered arrangement hole formed toward a position where the measurement electrode of the base exists, and the arrangement hole is configured to be detachable from the cover member. A temperature characteristic measuring device for a piezoelectric vibrating plate.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013081031A (en) * 2011-10-03 2013-05-02 Seiko Epson Corp Temperature compensation data creation method of electronic component and manufacturing method of electronic component
US20140240031A1 (en) * 2013-02-27 2014-08-28 Qualcomm Incorporated System and method for tuning a thermal strategy in a portable computing device based on location

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