JP2009071570A - Device and method for inspecting airtightness in piezoelectric vibrator - Google Patents

Device and method for inspecting airtightness in piezoelectric vibrator Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and method for inspecting the airtightness of a package with the use of a highly accurate and simple means in spite of the miniaturization of a package size. <P>SOLUTION: The device includes: a pressurization chamber 3 for pressurizing the piezoelectric vibrator 2 to be inspected; an implement 10 arranged inside the pressurization chamber 3 and having an oscillation circuit; a temperature sensor 11 for detecting temperature in the pressurization chamber 3; and a measuring instrument 14 for measuring the frequency of an oscillation frequency signal to be output from the oscillation circuit when the piezoelectric vibrator 2 is set in the implement 10. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は圧電振動子の気密検査装置、及び気密検査方法に関し、特にパッケージのファインリークの判定やグロスリークの判定を、パッケージサイズが極小であっても精度よく容易に可能とした圧電振動子の気密検査装置及び気密検査方法に関するものである。   The present invention relates to a hermetic inspection apparatus and a hermetic inspection method for a piezoelectric vibrator, and more particularly to a piezoelectric vibrator capable of accurately and easily determining fine leak and gross leak of a package even when the package size is extremely small. The present invention relates to an airtight inspection device and an airtight inspection method.

従来、水晶などの圧電材料を使用した圧電振動子は、各種情報・通信機器や民生機器等の電子機器に圧電発振器の構成要素として広く使用されている。また、近年では、特に携帯型の情報通信機器において、機器の小型化が進み、それらに使用される圧電振動子に対しても更なる小型化と高信頼性が求められている。
圧電振動子は、水晶振動子の場合であれば、セラミックなどからなるパッケージの内底面に、水晶基板に電極を形成した水晶振動素子を接着固定した後、パッケージ内を真空、あるいは不活性ガス等による不活性雰囲気として蓋体により気密封止した構造である。
このような水晶振動子の製造工程である蓋封止工程において、蓋体の固定位置がずれたりすると、穴が開口してパッケージ内が外気と連通されてしまい、水晶振動素子の振動条件が変化したり、外気により、水晶振動素子に形成した電極の腐食が進行して損傷する可能性がある。従って、水晶振動子の製造工程においては、パッケージを蓋体により封止した後にパッケージの気密検査の工程が必要である。本発明においては、以降、圧電振動子を水晶振動子とした場合の気密検査装置及び方法について説明する。
Conventionally, a piezoelectric vibrator using a piezoelectric material such as quartz has been widely used as a constituent element of a piezoelectric oscillator in electronic devices such as various information / communication devices and consumer devices. In recent years, especially in portable information communication devices, the size of the devices has been reduced, and further downsizing and high reliability have been demanded for the piezoelectric vibrators used therein.
In the case of a crystal resonator, a piezoelectric resonator is made of a ceramic resonator or the like, and a quartz resonator element having electrodes formed on a quartz substrate is bonded and fixed to the inner bottom surface of the package. The structure is hermetically sealed with a lid as an inert atmosphere.
In the lid sealing process, which is the manufacturing process of such a crystal unit, if the lid fixing position shifts, a hole opens and the inside of the package communicates with the outside air, and the vibration conditions of the crystal resonator element change. In addition, the corrosion of the electrode formed on the crystal resonator element may be advanced and damaged by the outside air. Therefore, in the manufacturing process of the crystal resonator, a package airtightness inspection process is required after the package is sealed with the lid. In the present invention, an airtightness inspection apparatus and method in the case where the piezoelectric vibrator is a quartz crystal vibrator will be described below.

水晶振動子のパッケージ内の気密性を検査する気密検査方法には、蓋封止工程などにおいて生ずる大きな穴の気密検査に対応したグロスリーク判定と、小さな穴の気密検査に対応したファインリーク判定とがある。
一般的に従来から使用されているグロスリーク判定方法は、気泡を利用した判定方法である。検査対象となるパッケージの気密封止が完了した水晶振動子を湯の中に沈めて内部を膨張させると、気密封止が十分でなく大きな穴が生じている場合は、膨張した内部空気が大きな穴から気泡となって漏れ出るので、これを目視で確認することによりグロスリークの判定を行う。
The airtightness inspection method for inspecting the airtightness in the crystal unit package includes the gross leak determination corresponding to the airtight inspection of large holes generated in the lid sealing process and the like, and the fine leak determination corresponding to the airtight inspection of small holes. There is.
In general, the gloss leak determination method that has been conventionally used is a determination method using bubbles. When a quartz crystal unit that has been hermetically sealed for a package to be inspected is submerged in hot water and the inside is expanded, if the hermetic sealing is not sufficient and a large hole is formed, the expanded internal air is large. Since bubbles leak from the holes, the gross leak is determined by visually confirming this.

また、他のグロスリーク判定の従来例としては、加圧チャンバの隔室内の二つの空間の差圧を測定することによりグロスリーク判定を行う方法がある。この判定方法は、気密にした加圧チャンバの隔室内を、第1の空間と、第2の空間に区画し、これらの境界にダイヤフラムを配置する。そして、第1の空間にリークのない正常な水晶振動子を収容し、第2の空間に検査対象となるパッケージの気密封止が完了した水晶振動子を収容する。そして、第1の空間と、第2の空間に等しい気圧をかける。これにより、検査対象である水晶振動子に大きな穴があれば、第2の空間内の空気は、そのパッケージ内に入り込むから、その分、第2の空間内の気圧が下がる。このような、第1の空間と第2の空間の差圧を検出することで、検査対象である水晶振動子の大きな穴によるグロスリークを検出することができる。   As another conventional example of gloss leak determination, there is a method of performing gloss leak determination by measuring a differential pressure between two spaces in a pressure chamber. In this determination method, an airtight pressurized chamber is partitioned into a first space and a second space, and a diaphragm is disposed at the boundary between the first space and the second space. Then, a normal crystal unit having no leakage is accommodated in the first space, and a crystal unit in which the package to be inspected is hermetically sealed is accommodated in the second space. Then, an equal atmospheric pressure is applied to the first space and the second space. As a result, if there is a large hole in the crystal resonator to be inspected, the air in the second space enters the package, and the air pressure in the second space decreases accordingly. By detecting such a differential pressure between the first space and the second space, it is possible to detect a gross leak due to a large hole in the crystal resonator to be inspected.

また、他の従来のグロスリーク判定方法としては、粘性が低く低表面張力、かつ無臭無色透明なフッ素系不活性液体であるフロリナートを用いた具体例がある。所定の容器に検査対象となるパッケージの気密封止が完了した水晶振動子を載置してフロリナートを充填すると、水晶振動子に大きな穴があるとフロリナートがパッケージの内部に侵入する。侵入したフロリナートは、水晶振動子の振動を停止させるよう作用するので、フロリナートに浸した水晶振動子を発振回路に接続して発振特性を確認することにより、水晶振動子のグロスリーク判定が可能となる。   As another conventional gloss leak determination method, there is a specific example using fluorinate, which is a fluorinated inert liquid having a low viscosity and a low surface tension and is odorless and transparent. When a crystal resonator in which a package to be inspected is hermetically sealed is placed in a predetermined container and filled with florinart, the florinert enters the inside of the package when there is a large hole in the crystal resonator. Since the invaded florinate acts to stop the vibration of the crystal unit, it is possible to determine the gross leak of the crystal unit by checking the oscillation characteristics by connecting the crystal unit immersed in the florin to the oscillation circuit. Become.

ここで、従来のファインリーク判定の具体例を説明する。
一般的に使用されているファインリーク判定方法は、He(ヘリウム)ガスを利用した判定方法である。検査対象となるパッケージの気密封止が完了した水晶振動子を加圧チャンバ内に載置した後、Heガスを吸気して所定の時間加圧すると、気密封止が十分でなく小さな穴が生じている場合は、Heガスがパッケージの内部に入り込む。そこで、この水晶振動子をHeガスディテクターのチャンバ内に収容し、チャンバ内を真空状態にすると水晶振動子よりHeガスが放出されるので、この放出されたHeガス量を検出することによりファインリーク判定する。Heガスは、分子量が最も小さいガスであり、小さな穴に対応したファインリーク判定に有効である。なお、一般的に、ファインリーク判定は、グロスリーク判定を実施後、グロスリーク判定において良品となったものについて行う。
上述した従来のグロスリーク判定や、ファインリーク判定の方法の概要については、特許文献1乃至特許文献3に記述されている。
特開2005−27089公報 特開2003−304134公報 特開平8−237070号公報 特開平11−51802号公報 特開平11−108792号公報
Here, a specific example of conventional fine leak determination will be described.
A commonly used fine leak determination method is a determination method using He (helium) gas. After placing the quartz resonator in which the hermetic sealing of the package to be inspected has been completed in the pressurizing chamber, when the He gas is sucked and pressurized for a predetermined time, the hermetic sealing is not sufficient and a small hole is generated. If so, He gas enters the interior of the package. Therefore, when this quartz crystal unit is accommodated in the chamber of the He gas detector and the inside of the chamber is evacuated, He gas is released from the quartz crystal unit, so that the fine leak can be detected by detecting the amount of released He gas. judge. He gas is the gas having the smallest molecular weight and is effective for fine leak determination corresponding to a small hole. In general, the fine leak determination is performed on a product that has been determined to be non-defective after the gloss leak determination.
An overview of the conventional gloss leak determination and fine leak determination methods described above is described in Patent Documents 1 to 3.
JP 2005-27089 A JP 2003-304134 A JP-A-8-237070 Japanese Patent Laid-Open No. 11-51802 Japanese Patent Laid-Open No. 11-108792

しかしながら、従来の水晶振動子の気密検査方法は次のような問題があった。
検査対象となる圧電振動素子をパッケージ内に収容して気密封止が完了した水晶振動子を湯の中に沈める気泡を利用したグロスリーク判定の方法は、気泡を目視により確認する判定方法であり、信頼性に乏しいといった問題があった。また、加圧チャンバの隔室内の二つの空間の差圧を測定することによりグロスリーク判定を行う方法は、水晶振動子のパッケージのサイズが小さくなると、二つの空間に生ずる差圧が小さくなるため、この差圧を検出することが困難となり、今後、一段と進む水晶振動子の小型化に対応することができなくなるという問題がある。
However, conventional airtightness inspection methods for quartz resonators have the following problems.
The gross leak judgment method using bubbles in which a crystal resonator element to be inspected is contained in a package and hermetically sealed is submerged in hot water is a judgment method for visually checking the bubbles. There was a problem of poor reliability. In addition, the method of performing gross leak determination by measuring the differential pressure between the two spaces in the chamber of the pressurizing chamber reduces the differential pressure generated in the two spaces as the size of the crystal resonator package decreases. However, it becomes difficult to detect this differential pressure, and there is a problem that it becomes impossible to cope with the further miniaturization of the crystal resonator that will be further advanced in the future.

また、フロリナートを用いたグロスリーク判定の方法は、フロリナートが環境に悪影響を与える溶液であり、今後廃止される方向であることから、フロリナートをグロスリーク判定に用いることは環境改善のために避けるべきである。
また、Heガスを用いたファインリーク判定の方法は、検査対象となるパッケージの気密封止が完了した水晶振動子を加圧チャンバ内に載置した後、Heガスを吸気して所定の時間加圧させる必要があり、判定に時間がかかる。
また、Heガスを吸気して所定の時間加圧した水晶振動子を加圧チャンバ内から取り出し、Heガスディテクターのチャンバ内に収容するまでに、水晶振動子のパッケージ内に進入したHeガスが少なからず放出されてしまう可能性があり、判定に誤差を生ずることが考えられる。そして、水晶振動子のパッケージのサイズが小さくなると、水晶振動子のパッケージ内に進入するHeガスが微小となるため、この影響は無視できなくなる。そこで、今後、一段と進む水晶振動子の小型化に対応することが困難であった。
In addition, the method for determining gross leak using florinate is a solution that has an adverse effect on the environment, and since it will be abolished in the future, the use of florinate for gross leak determination should be avoided to improve the environment. It is.
In addition, the fine leak determination method using He gas is a method in which a quartz resonator in which a package to be inspected has been hermetically sealed is placed in a pressurized chamber, and then He gas is sucked in for a predetermined time. It takes time to make a determination.
In addition, since the quartz resonator that has been pressurized with the He gas for a predetermined time is taken out of the pressurized chamber and accommodated in the chamber of the He gas detector, the amount of He gas that has entered the quartz resonator package is small. It is possible that it will be released, and an error may occur in the determination. When the size of the crystal resonator package is reduced, the amount of He gas that enters the crystal resonator package becomes minute, and thus this influence cannot be ignored. Therefore, it has been difficult to cope with the further miniaturization of crystal resonators that will progress further in the future.

次に、上述したような従来の水晶振動子パッケージの気密検査方法の問題点を解決する手法として、特許文献4及び特許文献5により開示された気密検査方法が有る。
それらによれば、検査対象の水晶振動子パッケージを加圧した際に、パッケージに穴が開いていると水晶振動子内部に備えた水晶振動素子に圧力が加わる。水晶振動素子は、圧力が加わるとその電気的特性が変化するので、パッケージ内部の圧力変化の有無を、内部圧力変化に伴う水晶振動子のクリスタルインピーダンス値(以下、「CI値」と称する)の変化として捕えることにより、パッケージの気密検査を行っている。従って、従来の目視確認による気密検査法に比べて信頼性の高い検査ができると説明している。
しかし、特許文献4、特許文献5により開示された気密検査方法は、水晶振動子パッケージが気密を保っているかの判定を、水晶振動子のCI値の変化を測定することにより行っているので、その測定のためには、非常に高価なネットワークアナライザが必要となり、気密検査設備が高価なものとなって問題となる。
Next, there is an airtight inspection method disclosed in Patent Document 4 and Patent Document 5 as a technique for solving the problems of the airtight inspection method of the conventional quartz resonator package as described above.
According to them, when a crystal resonator package to be inspected is pressurized, if a hole is formed in the package, pressure is applied to the crystal resonator element provided in the crystal resonator. Since the electrical characteristics of the crystal resonator element change when pressure is applied, the presence or absence of pressure change in the package is determined based on the crystal impedance value (hereinafter referred to as “CI value”) of the crystal resonator associated with the internal pressure change. By capturing it as a change, the package is airtightly inspected. Therefore, it is explained that a highly reliable inspection can be performed as compared with the conventional airtight inspection method by visual confirmation.
However, since the airtight inspection method disclosed in Patent Document 4 and Patent Document 5 determines whether the crystal resonator package is airtight by measuring a change in the CI value of the crystal resonator. For the measurement, a very expensive network analyzer is required, and the airtight inspection equipment becomes expensive, which is a problem.

また、これらの気密検査方法においては、水晶振動子のCI値測定を行っているが、水晶振動子の加圧前後のCI値変化量が少なく、測定値もばらつくため、精度の高いファインリーク判定が困難である。
また、これらの気密検査方法を水晶振動子の周波数測定により行う場合、水晶振動子の位相特性が0deg近辺において周波数を測定すると、水晶振動子の加圧前後の周波数変化量が少なく、測定値もばらつくため、精度の高いファインリーク判定が困難である。
本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであって、水晶振動子のパッケージサイズがさらに小型化されても精度が高く、また、簡易な手段により水晶振動子パッケージの気密検査を行うことができる圧電振動子の気密検査装置及び気密検査方法を提供することを目的とする。
Also, in these airtightness inspection methods, the CI value measurement of the crystal resonator is performed, but the amount of change in the CI value before and after the crystal resonator is pressed is small, and the measured value varies, so the fine leak determination with high accuracy. Is difficult.
In addition, when these airtightness inspection methods are performed by measuring the frequency of a crystal resonator, if the phase characteristics of the crystal resonator are measured in the vicinity of 0 deg, the amount of frequency change before and after the pressurization of the crystal resonator is small, and the measured value is also Because it varies, it is difficult to determine fine leak with high accuracy.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and is highly accurate even when the package size of the crystal unit is further reduced. In addition, the airtightness of the crystal unit package can be improved by simple means. An object of the present invention is to provide an airtight inspection device and an airtight inspection method for a piezoelectric vibrator capable of performing inspection.

上記目的を達成するために本発明は、圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子の気密性を検査する圧電振動子の気密検査装置であって、検査対象である圧電振動子を加圧する加圧チャンバと、加圧チャンバ内に設けられ、発振回路を有する治具と、治具に前記圧電振動子をセットしたときに、発振回路から出力される発振周波数信号の周波数を測定する測定器と、を備えるようにした。
このような本発明によれば、超小型のパッケージの圧電振動子の気密検査が可能となり、また、グロスリークからファインリークまでの判定を1回の気密検査で行えるので、気密検査時間を短縮する上で大きな効果を発揮する。また、通常サイズのパッケージにおいても、従来のHeガスリーク検査方法などと併用することにより、検出不可能領域のない気密検査が可能となる。
また、本発明によれば、環境に悪影響を与えるフロリナートを使用したグロスリーク判定を不要としたので、フロリナートを撤廃して環境問題を改善することができる。また、本発明による水晶振動子パッケージの気密検査装置は、従来の気密検査装置と比べて圧倒的に安価に構成することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a hermetic inspection device for a piezoelectric vibrator that inspects the air tightness of a piezoelectric vibrator that houses a piezoelectric vibration element in a package, and pressurizes the piezoelectric vibrator to be inspected. A pressurization chamber, a jig provided in the pressurization chamber and having an oscillation circuit, and a measuring instrument for measuring the frequency of an oscillation frequency signal output from the oscillation circuit when the piezoelectric vibrator is set in the jig And so on.
According to the present invention as described above, the hermetic inspection of the piezoelectric vibrator of the ultra-small package can be performed, and the determination from the gross leak to the fine leak can be performed by a single hermetic inspection, thereby shortening the hermetic inspection time. Great effect on the top. Further, even in a normal size package, an airtight inspection without an undetectable region can be performed by using it together with a conventional He gas leak inspection method.
Further, according to the present invention, since the gross leak determination using florinate that adversely affects the environment is not required, it is possible to eliminate the florinate and improve the environmental problem. Further, the hermeticity inspection apparatus for a crystal resonator package according to the present invention can be configured to be overwhelmingly less expensive than the conventional airtightness inspection apparatus.

また、本発明は、前記発振回路が、コルピッツ型の発振回路を構成するようにした。
このような本発明によれば、水晶振動子をコルピッツ型の発振回路により発振させたので、水晶振動子のパッケージに穴が開いていると水晶振動子の発振周波数の加圧前後の周波数変動は大きな数値が得られ、信頼性の高い気密検査を行うことができる。
また本発明は、圧電振動子の圧電振動素子を流れる圧電電流が一定となるように制御する定電流制御回路を備えるようにした。
このような本発明によれば、検査対象の圧電振動子の圧電振動素子を流れる圧電電流が一定となるように制御することで、加圧した際に圧電電流が変動して発振周波数が変化することを防止でき、気密検査の測定精度の向上を図ることができる。
According to the present invention, the oscillation circuit constitutes a Colpitts type oscillation circuit.
According to the present invention, since the crystal resonator is oscillated by the Colpitts type oscillation circuit, if the crystal resonator package has a hole, the frequency fluctuation before and after the pressurization of the oscillation frequency of the crystal resonator is reduced. Large numerical values can be obtained, and a highly reliable airtight inspection can be performed.
The present invention further includes a constant current control circuit that controls the piezoelectric current flowing through the piezoelectric vibration element of the piezoelectric vibrator to be constant.
According to the present invention as described above, by controlling the piezoelectric current flowing through the piezoelectric vibration element of the piezoelectric vibrator to be inspected to be constant, the piezoelectric current fluctuates when pressurized and the oscillation frequency changes. This can be prevented and the measurement accuracy of the airtightness inspection can be improved.

また本発明は、加圧チャンバ内の温度を測定する温度センサと、温度センサの温度検出結果に基づいて、圧電振動素子の温度補償を行う回路と、を備えるようにした。
このような本発明によれば、温度センサにより加圧チャンバ内の温度を検出し、その温度検出結果に基づいて温度補償回路により圧電振動子の周波数温度特性を補償することにより、加圧チャンバ内の温度が変化しても発振回路が出力する発振周波数信号の周波数を一定値に保つので、気密検査の測定精度の向上が図られる。
また温度補償回路を用いずに、ソフト上で測定された周波数を補正する方法もある。この方法を用いれば、様々な周波数や温度特性を有する、多品種の水晶振動子を検査する場合に、温度補償システムの切り替えが容易になる。
また本発明は、加圧チャンバ内を加圧する加圧ガスをヘリウムガスとした。
このような本発明によれば、ヘリウム(He)ガスは、他のエアーガスに比べて最も分子量が小さく、例えば、N2(窒素)ガスの分子量の1/7の分子量であり、ファインリーク判定の際に、判定速度を短縮し、判定精度を向上させることができる。
Further, the present invention includes a temperature sensor that measures the temperature in the pressurizing chamber, and a circuit that performs temperature compensation of the piezoelectric vibration element based on the temperature detection result of the temperature sensor.
According to the present invention, the temperature in the pressurization chamber is detected by the temperature sensor, and the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator is compensated by the temperature compensation circuit based on the temperature detection result. Even if the temperature changes, the frequency of the oscillation frequency signal output from the oscillation circuit is kept at a constant value, so that the measurement accuracy of the hermetic inspection can be improved.
There is also a method of correcting the frequency measured on the software without using the temperature compensation circuit. When this method is used, switching of the temperature compensation system is facilitated when inspecting various types of crystal resonators having various frequencies and temperature characteristics.
In the present invention, the pressurized gas for pressurizing the inside of the pressurized chamber is helium gas.
According to the present invention as described above, helium (He) gas has the smallest molecular weight compared to other air gases, for example, 1/7 of the molecular weight of N2 (nitrogen) gas. In addition, the determination speed can be shortened and the determination accuracy can be improved.

また本発明は、加圧チャンバの吸気経路に設けられる吸気開閉弁と、加圧チャンバの排気経路に設けられる排気開閉弁と、吸気開閉弁と排気開閉弁の開閉動作を制御する弁制御回路と、を備えるようにした。
このような本発明によれば、例えば弁制御回路により、加圧チャンバ内に加圧ガスを吸気後、吸気開閉弁の動作を加圧チャンバ内の加圧ガスが漏れるなどして圧力が低下したときに開放するよう間欠制御を行うことにより、吸気開閉弁の温度上昇を抑え、加圧チャンバ内の温度変化を抑圧するので、気密検査の測定精度の向上が図られる。
また、本発明は、加圧チャンバの吸気経路に所定量の加圧ガスを蓄えるサブチャンバを設けるようにした。
このような本発明によれば、サブチャンバを用いて、加圧チャンバ内に吸気する加圧ガスの量を一定量とすることにより、加圧ガスの使用量を節約することができる。また、加圧ガスを吸気する際は、加圧ガスにより加圧チャンバ内の温度が低下するが、サブチャンバを用いることにより加圧チャンバ内の温度変化を低減することができ、気密検査の測定精度の向上が図られる。
The present invention also relates to an intake opening / closing valve provided in the intake passage of the pressurization chamber, an exhaust opening / closing valve provided in the exhaust passage of the pressurization chamber, and a valve control circuit for controlling the opening / closing operation of the intake opening / closing valve and the exhaust opening / closing valve. , Was prepared.
According to the present invention as described above, for example, after the pressurized gas is sucked into the pressurized chamber by the valve control circuit, the pressure is reduced due to the pressurized gas in the pressurized chamber leaking in the operation of the intake opening / closing valve. By performing intermittent control so that the valve is sometimes opened, the temperature increase of the intake valve is suppressed and the temperature change in the pressurizing chamber is suppressed, so that the measurement accuracy of the airtight inspection can be improved.
In the present invention, a sub-chamber for storing a predetermined amount of pressurized gas is provided in the intake passage of the pressurized chamber.
According to the present invention as described above, the amount of pressurized gas used can be saved by using the sub-chamber and setting the amount of pressurized gas sucked into the pressurized chamber to be a constant amount. In addition, when the pressurized gas is inhaled, the temperature in the pressurized chamber is lowered by the pressurized gas, but the temperature change in the pressurized chamber can be reduced by using the sub-chamber, and the measurement of the air tightness test is performed. The accuracy is improved.

また本発明は、圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子の気密性を検査する圧電振動子の気密検査方法であって、検査対象である圧電振動子を発振法により発振させて圧電振動子の発振周波数を測定するステップと、圧電振動子を加圧した状態で発振法により発振させて圧電振動子の発振周波数を測定するステップと、圧電振動子の加圧前の発振周波数と加圧後の発振周波数との周波数差に基づいて、圧電振動素子のパッケージの気密性が保たれているか否かを判定するステップと、を含むようにした。
このような本発明によれば、超小型パッケージの圧電振動子においても気密検査が可能となり、また、グロスリークからファインリークまでの判定を1回の気密検査で行うことができるので、気密検査時間を短縮する上で大きな効果を発揮する。また、通常サイズのパッケージにおいても、従来のHeガスリーク検査方法などと併用することにより、検出不可能領域のない気密検査が可能となる。
The present invention also relates to an airtightness inspection method for a piezoelectric vibrator that inspects the airtightness of a piezoelectric vibrator in which a piezoelectric vibration element is housed in a package, wherein the piezoelectric vibrator to be inspected is oscillated by an oscillation method to cause piezoelectric vibration. A step of measuring the oscillation frequency of the child, a step of measuring the oscillation frequency of the piezoelectric vibrator by oscillating by an oscillation method in a state where the piezoelectric vibrator is pressurized, and an oscillation frequency and pressurization before the piezoelectric vibrator is pressurized Determining whether or not the hermeticity of the package of the piezoelectric vibration element is maintained based on a frequency difference from the later oscillation frequency.
According to the present invention, an airtight inspection can be performed even for a piezoelectric vibrator of a micro package, and a determination from a gross leak to a fine leak can be performed by a single airtight inspection. Great effect in shortening. Further, even in a normal size package, an airtight inspection without an undetectable region can be performed by using it together with a conventional He gas leak inspection method.

以下、図示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1は本発明に係る水晶振動子パッケージの気密検査装置の構成を示す図である。
気密検査装置1は、検査対象となる水晶振動子2を内部に収容して加圧する加圧チャンバ3、Heガスが充填されたガスボンベ4、ガスボンベ4が放出するHeガスの流量を調整する流量絞り弁5、ガスボンベ4が放出するHeガスの一定量を一時的に蓄えるサブチャンバ6、加圧チャンバ3内にHeガスを吸気する際に開閉する吸気開閉弁7、加圧チャンバ3内を排気する際に開閉する排気開閉弁8、吸気開閉弁7と排気開閉弁8の開閉動作を制御する開閉弁制御回路9を備える。また加圧チャンバ3内に設けられコルピッツ型等の発振回路を有する治具10、加圧チャンバ3内の温度を検出する温度センサ11、治具10を介してコルピッツ型等の発振回路や水晶振動子2に電源を供給するとともに、水晶振動子2の圧電振動素子を流れる圧電電流が一定となるように制御する定電流制御回路13、治具10に圧電振動子2をセットしたときにコルピッツ型等の発振回路から出力される発振周波数信号の周波数を測定する測定器14等を備える。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiments.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a hermetic inspection apparatus for a crystal resonator package according to the present invention.
The airtight inspection apparatus 1 includes a pressurizing chamber 3 that accommodates and pressurizes a quartz crystal resonator 2 to be inspected, a gas cylinder 4 filled with He gas, and a flow restrictor that adjusts the flow rate of He gas discharged from the gas cylinder 4. The valve 5, the sub-chamber 6 that temporarily stores a certain amount of He gas released from the gas cylinder 4, the intake opening / closing valve 7 that opens and closes when the He gas is sucked into the pressurization chamber 3, and the pressurization chamber 3 is exhausted. An exhaust on-off valve 8 that opens and closes at the time, an intake on-off valve 7 and an on-off valve control circuit 9 that controls the opening and closing operation of the exhaust on-off valve 8 are provided. Further, a jig 10 provided in the pressurizing chamber 3 and having a Colpitts type oscillation circuit, a temperature sensor 11 for detecting the temperature in the pressurization chamber 3, and a Colpitts type oscillation circuit or crystal vibration via the jig 10. When the piezoelectric vibrator 2 is set to the constant current control circuit 13 and the jig 10 for supplying power to the child 2 and controlling the piezoelectric current flowing through the piezoelectric vibration element of the crystal vibrator 2 to be constant, the Colpitts type And a measuring instrument 14 for measuring the frequency of the oscillation frequency signal output from the oscillation circuit.

このように構成される本実施形態の気密検査装置1を用いて検査を行う場合は、検査対象となる水晶振動子2を、加圧チャンバ3内のコルピッツ型等の発振回路を備えた治具10にセットして発振周波数を測定する。次に、Heガスを加圧チャンバ3内に吸気して加圧し、水晶振動子2を加圧した直後の発振周波数及び一定時間加圧した後の発振周波数を測定する。そして、水晶振動子2の発振周波数が加圧前後で変化するかを判別してリーク判定を行う。例えば、水晶振動子2を加圧した直後に所定の値より大きく周波数変動が生じた場合は、リーク量が多いグロスリークと判定し、一定時間加圧した後に所定値以上の周波数変動が生じた場合は、リーク量が少ないファインリークと判定する。
水晶振動子2は、図示しないが内部に水晶基板に電極が形成された水晶振動素子を備えており、水晶振動子を加圧した際に、パッケージに穴が開いて内部の水晶振動素子が加圧されると、その電気的特性が変化する性質を有しており、この性質を利用して気密検査を行う。つまり、本発明は、水晶振動子2の発振周波数の変化を利用したものであり、水晶振動子2をコルピッツ型等の発振回路で発振させて、水晶振動子の加圧前後の発振周波数の変化を判別することにより気密検査を行うようにしている。
In the case of performing an inspection using the airtight inspection apparatus 1 of the present embodiment configured as described above, a crystal resonator 2 to be inspected is a jig provided with an oscillation circuit such as a Colpitts type in a pressurized chamber 3. Set to 10 and measure the oscillation frequency. Next, He gas is sucked into the pressurizing chamber 3 and pressurized, and the oscillation frequency immediately after pressurizing the crystal unit 2 and the oscillation frequency after pressurizing for a certain time are measured. Then, it is determined whether or not the oscillation frequency of the crystal unit 2 changes before and after the pressurization and the leak determination is performed. For example, if the frequency fluctuation is larger than a predetermined value immediately after the crystal unit 2 is pressurized, it is determined that the gross leak has a large amount of leak, and the frequency fluctuation more than the predetermined value occurs after pressing for a certain time. In this case, it is determined that the fine leak has a small leak amount.
Although not shown, the crystal resonator 2 includes a crystal resonator element in which an electrode is formed on a crystal substrate. When the crystal resonator is pressurized, a hole is opened in the package so that the internal crystal resonator element is added. When pressed, it has the property of changing its electrical characteristics, and this property is used to perform an airtight inspection. In other words, the present invention utilizes the change in the oscillation frequency of the crystal unit 2 and causes the crystal unit 2 to oscillate with an oscillation circuit such as a Colpitts type to change the oscillation frequency before and after pressurization of the crystal unit. The airtight inspection is performed by discriminating the above.

図2は水晶振動子の位相特性を示した図である。
図2は水晶振動子2のパッケージに穴が開いている場合に、水晶振動子2を加圧する前と加圧した後の位相特性を示している。
図2に示すように、位相特性は水晶振動子パッケージに穴が開いていると、水晶振動子2を加圧した際に、位相が60degから80deg近辺において大きく変化している。
そこで、本実施形態では水晶振動子2の位相が60degから80degとなるコルピッツ型等の発振回路を水晶振動子2のセットする治具10に設けるようにした。
FIG. 2 is a diagram showing the phase characteristics of the crystal resonator.
FIG. 2 shows the phase characteristics before and after pressurizing the crystal unit 2 when a hole is formed in the package of the crystal unit 2.
As shown in FIG. 2, the phase characteristics greatly change in the vicinity of 60 deg to 80 deg when the quartz resonator 2 is pressurized when a hole is formed in the quartz resonator package.
Therefore, in this embodiment, a Colpitts type oscillation circuit in which the phase of the crystal unit 2 is 60 deg to 80 deg is provided in the jig 10 in which the crystal unit 2 is set.

図2に示したように、水晶振動子2の位相特性が70deg近辺の範囲においては、水晶振動子2を加圧した際に加圧前後の位相特性の変化が大きい領域である。従って、水晶振動子2のパッケージに穴が開いていると、水晶振動子2を加圧した際に、発振回路の発振周波数の加圧前後の周波数変動が大きな値となる。特許文献4及び特許文献5により示した従来の気密検査方法は、水晶振動子のCI値を測定しているが、水晶振動子を加圧した際に水晶振動子のパッケージに穴が開いていても加圧前後のCI値の変化は少なく、測定値もばらつくため、気密検査の信頼性が問題であった。また、これらの気密検査方法を水晶振動子の周波数測定により行う場合、水晶振動子の位相特性が0deg近辺において周波数を測定すると、水晶振動子の加圧前後の周波数変化量が少なく、測定値もばらつくため、精度の高いファインリーク判定が困難であった。これに対して、本実施形態においては、水晶振動子2をコルピッツ型等の発振回路により発振させたので、水晶振動子2のパッケージに穴が開いていると水晶振動子2の発振周波数の加圧前後の周波数変動は大きな数値が得られ、信頼性の高い気密検査を行うことができる。
従って、本実施形態の気密検査装置1によれば、超小型のパッケージの圧電振動子の気密検査が可能となり、また、グロスリークからファインリークまでの判定を1回の気密検査で行えるので、気密検査時間を短縮することが可能になる。
As shown in FIG. 2, when the crystal resonator 2 has a phase characteristic in the vicinity of 70 deg, it is a region where the phase characteristic before and after pressing is large when the crystal resonator 2 is pressed. Therefore, if the crystal resonator 2 package has a hole, when the crystal resonator 2 is pressurized, the frequency fluctuation before and after the pressurization of the oscillation frequency of the oscillation circuit becomes a large value. In the conventional airtightness inspection methods shown in Patent Document 4 and Patent Document 5, the CI value of the crystal resonator is measured, but when the crystal resonator is pressurized, a hole is opened in the crystal resonator package. However, there was little change in the CI value before and after pressurization, and the measured values varied, so the reliability of the airtight inspection was a problem. In addition, when these airtightness inspection methods are performed by measuring the frequency of a crystal resonator, if the phase characteristics of the crystal resonator are measured in the vicinity of 0 deg, the amount of frequency change before and after the pressurization of the crystal resonator is small, and the measured value is also Because it varies, it is difficult to determine fine leak with high accuracy. On the other hand, in this embodiment, since the crystal unit 2 is oscillated by an oscillation circuit such as a Colpitts type, if a hole is opened in the package of the crystal unit 2, the oscillation frequency of the crystal unit 2 is increased. A large numerical value is obtained for frequency fluctuations before and after pressure, and a highly reliable airtight inspection can be performed.
Therefore, according to the airtightness inspection apparatus 1 of the present embodiment, the airtightness inspection of the piezoelectric vibrator of the ultra-small package can be performed, and the determination from the gross leak to the fine leak can be performed by one airtightness inspection. Inspection time can be shortened.

また、通常サイズのパッケージにおいても、従来のHeガスリーク検査方法などと併用することにより、検出不可能領域のない気密検査が可能となる。
さらに本実施形態の気密検査装置1は、環境に悪影響を与えるフロリナートを使用したグロスリーク判定を不要としたので、フロリナートを撤廃して環境問題を改善することができる。
また、本実施形態においては、加圧チャンバ3内にセットした水晶振動子2を加圧するガスとして、Heガスを使用した。加圧ガスは、大気を使用すると湿度が高いため、Heガスのようなドライエアーを使用することが望ましい。Heガスは、他のエアーガスに比べて最も分子量が小さく、例えば、N2(窒素)ガスの分子量の1/7の分子量であり、ファインリーク判定の際に、判定速度を短縮し、判定精度を向上させることができる。
Further, even in a normal size package, an airtight inspection without an undetectable region can be performed by using it together with a conventional He gas leak inspection method.
Furthermore, since the airtightness inspection apparatus 1 according to this embodiment eliminates the need for gross leak determination using florinate that adversely affects the environment, it is possible to eliminate the florinate and improve environmental problems.
In this embodiment, He gas is used as a gas for pressurizing the crystal unit 2 set in the pressurizing chamber 3. Since the pressurized gas has high humidity when the atmosphere is used, it is desirable to use dry air such as He gas. He gas has the smallest molecular weight compared to other air gases, for example, the molecular weight of 1/7 of the molecular weight of N2 (nitrogen) gas, shortening the judgment speed and improving the judgment accuracy when judging fine leak Can be made.

次に、本実施形態の気密検査装置1を構成する各構成要素の機能について説明する。
Heガスが充填されたガスボンベ4からは、流量絞り弁5を経由してサブチャンバ6内にHeガスが放出され、サブチャンバ6内には、一定量のHeガスが蓄えられている。流量絞り弁5は、サブチャンバ6内にHeガスを充満させる際に適度な流量に調整するためのもので初期設定後は固定される。
サブチャンバ6は、吸気開閉弁7の開閉により加圧チャンバ3内に一定量のHeガスを充満させるのに必要な最小限のHeガスを蓄えておく。加圧チャンバ3内にHeガスを充満させて加圧する際は、加圧チャンバ3内に残っている大気を排気しておく必要があるが、この排気する大気と同程度の容量のHeガスをサブチャンバ6に蓄えておき、加圧チャンバ3内の吸気時にその蓄えておいたHeガスを吸気する。このように本実施形態では、サブチャンバ6を用いて加圧チャンバ3内に吸気するHeガスの量を一定量とすることにより、Heガスの使用量を節約することができる。また、Heガスを吸気する際は、Heガスにより加圧チャンバ3内の温度が低下するが、サブチャンバ6を用いることにより加圧チャンバ3内の温度変化を低減することができ、気密検査の測定精度の向上が図られる。
なお、サブチャンバ6は、気密検査装置1に設けることが望ましいが、サブチャンバ6を設けずに、ガスボンベ4から吸気開閉弁7を経由して直接加圧チャンバ3内に吸気してもよい。
Next, the function of each component which comprises the airtight inspection apparatus 1 of this embodiment is demonstrated.
From the gas cylinder 4 filled with He gas, He gas is discharged into the sub-chamber 6 via the flow restrictor 5, and a certain amount of He gas is stored in the sub-chamber 6. The flow restrictor 5 is for adjusting the flow rate to an appropriate level when the sub-chamber 6 is filled with He gas, and is fixed after the initial setting.
The sub-chamber 6 stores a minimum amount of He gas necessary for filling the pressurizing chamber 3 with a certain amount of He gas by opening and closing the intake on-off valve 7. When the pressurization chamber 3 is filled with He gas and pressurized, the atmosphere remaining in the pressurization chamber 3 needs to be exhausted. The He gas stored in the sub-chamber 6 and sucked in the pressurizing chamber 3 is sucked. Thus, in this embodiment, the amount of He gas used can be saved by making the amount of He gas sucked into the pressurizing chamber 3 constant using the sub-chamber 6. Further, when the He gas is inhaled, the temperature in the pressurization chamber 3 is lowered by the He gas. However, the temperature change in the pressurization chamber 3 can be reduced by using the sub-chamber 6, and the airtight inspection can be performed. Measurement accuracy can be improved.
The sub-chamber 6 is preferably provided in the airtightness inspection apparatus 1, but the sub-chamber 6 may not be provided, and air may be directly taken into the pressurizing chamber 3 from the gas cylinder 4 via the intake opening / closing valve 7.

吸気開閉弁7は、サブチャンバ6に蓄えたHeガスを加圧チャンバ3内に吸気する際に開閉する開閉弁であり、一般的に開閉弁は電磁弁により構成する。電磁弁は、加圧チャンバ3を加圧するために開放させたままとすると、発熱し易いため、本実施形態においては、サブチャンバ6に蓄えたHeガスを加圧チャンバ3内に吸気した後、吸気開閉弁7を閉じ、加圧チャンバ3内のHeガスが漏れるなどして圧力が低下したときにのみ再開放するよう間欠制御とした。従って、吸気開閉弁7の温度上昇を抑え、加圧チャンバ3内の温度変化を抑圧するので、気密検査の測定精度の向上が図られる。
加圧チャンバ3は、内部に検査対象の水晶振動子を発振させるための発振回路としてコルピッツ型等の発振回路を内蔵しており、検査対象の水晶振動子を収容してHeガスにより加圧するための容器である。そして、吸気開閉弁7と、排気開閉弁8の開閉動作の制御により、加圧チャンバ3内を吸気或いは排気する。加圧チャンバ3は、加減圧時の内部の温度変化を最小とするため、容積を極力小さくすることが望ましく、加圧チャンバ3の材質は、例えばアルミニウムのような熱伝導率の高いものを使用する。これにより、検査対象の水晶振動子の温度変化を最小限に抑え、水晶振動子の温度特性による発振周波数の変動を抑制する。
排気開閉弁8は、加圧チャンバ3をHeガスを用いて加圧する前に、加圧チャンバ3内に残されている大気を排気する際に開閉する開閉弁であり、排気の際に開放され、それ以外においては閉じている。
開閉弁制御回路9は、吸気開閉弁7と、排気開閉弁8の開閉動作を制御する回路であり、所定のタイミングで、電磁弁の開閉を制御する。
The intake opening / closing valve 7 is an opening / closing valve that opens and closes when He gas stored in the sub-chamber 6 is sucked into the pressurizing chamber 3, and the opening / closing valve is generally constituted by an electromagnetic valve. Since the electromagnetic valve is likely to generate heat if it is left open to pressurize the pressurizing chamber 3, in this embodiment, after the He gas stored in the subchamber 6 is sucked into the pressurizing chamber 3, The intake on / off valve 7 was closed, and intermittent control was performed so that it was reopened only when the pressure decreased due to He gas leakage in the pressurizing chamber 3. Therefore, since the temperature rise of the intake valve 7 is suppressed and the temperature change in the pressurizing chamber 3 is suppressed, the measurement accuracy of the airtight inspection can be improved.
The pressurizing chamber 3 incorporates an oscillation circuit such as a Colpitts type as an oscillation circuit for oscillating the crystal resonator to be inspected, and accommodates the crystal resonator to be inspected and pressurizes it with He gas. The container. Then, by controlling the opening / closing operation of the intake opening / closing valve 7 and the exhaust opening / closing valve 8, the inside of the pressurizing chamber 3 is sucked or exhausted. The pressurization chamber 3 is desirably made as small as possible in order to minimize the internal temperature change during pressure increase / decrease, and the pressurization chamber 3 is made of a material having high thermal conductivity such as aluminum. To do. Thereby, the temperature change of the crystal resonator to be inspected is minimized, and the fluctuation of the oscillation frequency due to the temperature characteristics of the crystal resonator is suppressed.
The exhaust open / close valve 8 is an open / close valve that opens and closes when the atmosphere remaining in the pressurization chamber 3 is exhausted before pressurizing the pressurization chamber 3 with He gas, and is opened during exhaust. , Otherwise closed.
The on-off valve control circuit 9 is a circuit for controlling the opening / closing operation of the intake on-off valve 7 and the exhaust on-off valve 8, and controls the opening / closing of the electromagnetic valve at a predetermined timing.

図3は吸気開閉弁と排気開閉弁の制御動作を示す図である。図3に示すように、加圧チャンバ3内にHeガスを吸気する際は、吸気開閉弁7と排気開閉弁8は、ともに開放され、これに必要な時間は、おおよそ0.2秒である。次に、加圧チャンバ3を一定時間加圧する際には、吸気開閉弁7は、開放され、排気開閉弁8は、閉鎖されている。通常、気密検査を精度よく行うため、加圧時間は、1分から5分程度必要である。なお、前述したように、加圧時の吸気開閉弁7は、加圧チャンバ3内のHeガスが漏れるなどして圧力が低下したときにのみ開放するよう間欠制御している。次に、加圧チャンバ3内の大気の排気動作の際は、吸気開閉弁7は、閉鎖されるとともに、排気開閉弁8は、開放される。この大気の排気に必要な時間は、おおよそ0.2秒程度である。   FIG. 3 is a diagram showing the control operation of the intake on / off valve and the exhaust on / off valve. As shown in FIG. 3, when He gas is sucked into the pressurizing chamber 3, both the intake on / off valve 7 and the exhaust on / off valve 8 are opened, and the time required for this is approximately 0.2 seconds. . Next, when pressurizing the pressurizing chamber 3 for a certain time, the intake opening / closing valve 7 is opened, and the exhaust opening / closing valve 8 is closed. Usually, in order to perform an airtight inspection with high accuracy, a pressurization time of about 1 to 5 minutes is required. Note that, as described above, the intake air on-off valve 7 during pressurization is intermittently controlled so as to be opened only when the pressure is reduced due to leakage of He gas in the pressurization chamber 3 or the like. Next, when the air in the pressurizing chamber 3 is exhausted, the intake on / off valve 7 is closed and the exhaust on / off valve 8 is opened. The time required for exhausting the atmosphere is approximately 0.2 seconds.

次に、加圧チャンバ3内の治具10に内蔵され、検査対象の水晶振動子の加圧前後の発振周波数を測定するための発振回路について説明する。
図4は発振回路の構成例を示した図であり、(a)は発振回路の全体構成図、(b)は温度補償回路の詳細図である。図4に示した発振回路20は、加圧チャンバ3内の温度が変化した際に、検査対象の水晶振動子2の温度特性により発振周波数が変化しないように温度補償回路16を設けた温度補償水晶発振回路を構成している。図1に示した気密検査装置1の温度センサ5が、図4に示した温度補償回路16内に設けられている。
発振回路20は、間接型温度補償水晶発振回路を示しており、コルピッツ型の発振回路を有する電圧制御水晶発振回路(以下、コルピッツ型VCXOと称する)15と、温度補償回路16と、基準電圧源17と、により構成する。コルピッツ型VCXO15は、外部から入力する制御電圧により発振周波数が変化する発振回路であり、帰還増幅回路からなるコルピッツ型の発振回路を形成している。前述したように、コルピッツ型の発振回路は、水晶振動子の位相特性が70deg近辺の範囲で発振しており、水晶振動子パッケージに穴が開いていると、水晶振動子の加圧前後で、発振周波数は大きく変化する。
Next, an oscillation circuit that is built in the jig 10 in the pressurizing chamber 3 and measures the oscillation frequency before and after the pressurization of the crystal resonator to be inspected will be described.
4A and 4B are diagrams showing a configuration example of the oscillation circuit. FIG. 4A is an overall configuration diagram of the oscillation circuit, and FIG. 4B is a detailed diagram of the temperature compensation circuit. The oscillation circuit 20 shown in FIG. 4 includes a temperature compensation circuit 16 provided with a temperature compensation circuit 16 so that the oscillation frequency does not change due to the temperature characteristics of the crystal resonator 2 to be inspected when the temperature in the pressurizing chamber 3 changes. A crystal oscillation circuit is configured. The temperature sensor 5 of the airtightness inspection apparatus 1 shown in FIG. 1 is provided in the temperature compensation circuit 16 shown in FIG.
The oscillation circuit 20 is an indirect temperature compensation crystal oscillation circuit, and includes a voltage control crystal oscillation circuit (hereinafter referred to as a Colpitts type VCXO) 15 having a Colpitts oscillation circuit, a temperature compensation circuit 16, and a reference voltage source. 17. The Colpitts type VCXO 15 is an oscillation circuit whose oscillation frequency is changed by a control voltage inputted from the outside, and forms a Colpitts type oscillation circuit composed of a feedback amplifier circuit. As described above, the Colpitts type oscillation circuit oscillates in the range where the phase characteristic of the crystal unit is around 70 deg. When the crystal unit package has a hole, before and after the press of the crystal unit, The oscillation frequency varies greatly.

また、コルピッツ型VCXO15は、基準電圧源17に接続された温度補償回路16が出力する電圧に制御され、所定の発振周波数信号を出力する。
温度補償回路16は、図4(b)に示すように、複数の抵抗Rと、温度によって電気抵抗値が変化する複数のサーミスタTHからなる回路網により構成される。そして、周囲温度の変化に対応して、基準電圧源17が出力する電圧を可変し、水晶振動子の周波数温度特性を補償して周囲温度が変化してもコルピッツ型VCXO15が出力する発振周波数信号の周波数を一定値にする。
検査対象の水晶振動子2は、加圧した際に水晶電流が変動して発振周波数が変化するため、定電流制御回路13によって、水晶振動子2を定電流駆動して不要な周波数変化を防止する。
測定器14は、水晶振動子2の加圧前後に、発振回路10が出力する発振周波数信号の周波数を測定する。この測定器14は、汎用的に使用されているカウンターなどが用いられる。
The Colpitts-type VCXO 15 is controlled by the voltage output from the temperature compensation circuit 16 connected to the reference voltage source 17 and outputs a predetermined oscillation frequency signal.
As shown in FIG. 4B, the temperature compensation circuit 16 includes a circuit network including a plurality of resistors R and a plurality of thermistors TH whose electric resistance values change depending on the temperature. Then, the voltage output from the reference voltage source 17 is changed in response to the change in the ambient temperature, and the oscillation temperature signal output from the Colpitts-type VCXO 15 even if the ambient temperature changes by compensating the frequency temperature characteristics of the crystal resonator. Is set to a constant value.
Since the crystal current of the crystal unit 2 to be inspected varies when the pressure is applied and the oscillation frequency changes, the constant frequency control circuit 13 drives the crystal unit 2 at a constant current to prevent unnecessary frequency changes. To do.
The measuring instrument 14 measures the frequency of the oscillation frequency signal output from the oscillation circuit 10 before and after the crystal resonator 2 is pressed. The measuring instrument 14 is a counter used for general purposes.

次に、本実施形態の気密検査装置による気密検査方法について説明する。
図5は、本実施形態の水晶振動子の気密検査方法のフローチャートである。
先ず、パッケージの気密封止が完了した検査対象の水晶振動子2を加圧チャンバ3内に載置し、加圧チャンバ3内に備えられたコルピッツ型発振回路と接続して発振周波数を測定し、初期値とする(ST1)。次に、加圧チャンバ3内にHeガスを充満して加圧した直後に、水晶振動子2の発振周波数を測定し初期変動値とする(ST2)。
ここで、測定した初期変動値が前記初期値に対して所定値以上の変化があったか否かを判定し(ST3)、所定値以上の変化があった場合は、水晶振動子がグロスリークしていると判定する(ST4)。そして、加圧チャンバの加圧を解除して(ST5)、気密検査は終了する。また、ステップST3において、測定した初期変動値が、前記初期値に対して所定値以上の変化がなかった場合は、加圧チャンバを一定時間Heガスにより加圧する。そして、一定時間加圧した後、水晶振動子の発振周波数を測定する(ST6)。
Next, the airtight inspection method by the airtight inspection apparatus of this embodiment will be described.
FIG. 5 is a flowchart of the airtightness inspection method for the crystal resonator according to the present embodiment.
First, the crystal resonator 2 to be inspected after the hermetic sealing of the package is completed is placed in the pressurization chamber 3 and connected to a Colpitts type oscillation circuit provided in the pressurization chamber 3 to measure the oscillation frequency. The initial value is set (ST1). Next, immediately after the pressurization chamber 3 is filled with He gas and pressurized, the oscillation frequency of the crystal resonator 2 is measured and set as an initial variation value (ST2).
Here, it is determined whether or not the measured initial fluctuation value has changed by a predetermined value or more with respect to the initial value (ST3). If there has been a change by a predetermined value or more, the crystal resonator is grossly leaked. (ST4). And the pressurization of a pressurization chamber is cancelled | released (ST5), and an airtight test is complete | finished. In step ST3, if the measured initial fluctuation value does not change more than a predetermined value with respect to the initial value, the pressurizing chamber is pressurized with He gas for a certain period of time. Then, after pressurizing for a certain time, the oscillation frequency of the crystal resonator is measured (ST6).

次に、測定した一定時間加圧した後の発振周波数値から、前記初期値と前記初期変動値を差し引いた値が所定値以上あるかどうかを判定し(ST7)、所定値以上ある場合は、水晶振動子がファインリークしていると判定する(ST8)。そして、加圧チャンバの加圧を解除して(ST5)、気密検査は終了する。一方、ステップST7において、測定した一定時間加圧した後の発振周波数値から、前記初期値と前記初期変動値を差し引いた値が所定値以下の場合、水晶振動子を良品と判定する(ST9)。そして、チャンバの加圧を解除して(ST5)、気密検査は終了する。
なお、ステップST7において、測定した一定時間加圧した後の発振周波数値から、前記初期変動値を差し引いたが、この処置は、検査対象の水晶振動子が良品であっても、水晶振動子を加圧した際に、応力による要因により発振周波数が多少変化する場合があり、この発振周波数の変化をファインリークの判定から除外するために必要である。
Next, it is determined whether or not a value obtained by subtracting the initial value and the initial variation value from the oscillation frequency value after pressurizing for a certain period of time is a predetermined value or more (ST7). It is determined that the crystal resonator has a fine leak (ST8). And the pressurization of a pressurization chamber is cancelled | released (ST5), and an airtight test is complete | finished. On the other hand, if the value obtained by subtracting the initial value and the initial variation value from the measured oscillation frequency value after pressurizing for a predetermined time in step ST7 is equal to or smaller than a predetermined value, the crystal resonator is determined to be non-defective (ST9). . Then, the pressurization of the chamber is released (ST5), and the airtight inspection ends.
In step ST7, the initial fluctuation value is subtracted from the measured oscillation frequency value after pressurizing for a certain time. This treatment is performed even if the crystal resonator to be inspected is a non-defective product. When the pressure is applied, the oscillation frequency may slightly change due to a factor due to stress, and this change in the oscillation frequency is necessary to exclude from the fine leak determination.

次に、本実施形態に係る水晶振動子パッケージの気密検査装置を用いて、気密検査を行った際の測定データ例について説明する。
図6は、本発明に係る水晶振動子パッケージの気密検査装置の測定データの例を示すグラフ図である。図6は、縦軸に、検査対象の水晶振動子の加圧前後の発振周波数の変動幅を示す周波数変動値(ppm)を示し、横軸は、水晶振動子パッケージの気密量を示すリークレート値(Pa・m3/sec)を示す。また、加圧ガスとしては、Heガスを使用した例と、参考までに、N2ガスを使用した場合の例について記載した。Heガスを使用した測定データ例について説明すると、通常、水晶振動子のパッケージに要求される良品としてのリークレートは、1.E−09(Pa・m3/sec)以下であり、グラフ図に点線にて表示した。また、この要求されるリークレートを、水晶振動子の加圧前後の発振周波数変動値で示すと0.2ppmであり、グラフ図に点線で表示した。従って、水晶振動子パッケージの気密検査において、検査対象の水晶振動子を一定時間加圧後、加圧前後の発振周波数変動値が、0.2ppm以内であれば、リークレートは、1.E−09(Pa・m3/sec)以下を満足することとなり、検査対象の水晶振動子は、良品と判定される。次に、検査対象の水晶振動子を一定時間加圧した後、加圧前後の発振周波数変動値が、0.2ppmを超えて5ppm以内であれば、リークレートは、1.E−09(Pa・m3/sec)から6.E−07(Pa・m3/sec)以内となり、この場合は、検査対象の水晶振動子をファインリークと判定する。また、さらに、検査対象の水晶振動子を加圧した直後に、加圧前後の発振周波数変動値が6ppm以上となると、リークレートは、1.E−05(Pa・m3/sec)以上であり、検査対象の水晶振動子は、グロスリークと判定する。
なお、図6に示すように、加圧ガスとしてN2ガスを使用した場合は、大きな穴に対応したグロスリークの判定時においては、Heガスを使用した場合と比べて判定に大差がないが、小さな穴の判定に対応したファインリークの判定時には、Heガスを使用した場合と比べて、発振周波数変動幅が小さくなるとともに数値がばらつき、測定精度は、Heガスを使用するほうが優れていることが分かる。
Next, an example of measurement data when an airtight inspection is performed using the airtightness inspection apparatus for a crystal resonator package according to the present embodiment will be described.
FIG. 6 is a graph showing an example of measurement data of the hermetic inspection apparatus for a crystal resonator package according to the present invention. In FIG. 6, the vertical axis represents the frequency fluctuation value (ppm) indicating the fluctuation range of the oscillation frequency before and after the pressurization of the crystal resonator to be inspected, and the horizontal axis represents the leak rate indicating the airtight amount of the crystal resonator package. Value (Pa · m 3 / sec) is shown. As the pressurized gas, an example using He gas and an example using N2 gas are described for reference. A description will be given of an example of measurement data using He gas. Usually, a leak rate as a good product required for a crystal resonator package is as follows. E-09 (Pa · m 3 / sec) or less, and indicated by a dotted line in the graph. Further, this required leak rate is 0.2 ppm in terms of the oscillation frequency fluctuation value before and after pressurization of the crystal resonator, and is indicated by a dotted line in the graph. Therefore, in the airtight inspection of the crystal unit package, if the oscillation frequency fluctuation value before and after pressurization is within 0.2 ppm after pressurizing the target crystal unit for a certain time, the leak rate is 1. E−09 (Pa · m 3 / sec) or less is satisfied, and the crystal resonator to be inspected is determined as a non-defective product. Next, after pressurizing the crystal resonator to be inspected for a certain period of time, if the oscillation frequency fluctuation value before and after pressurization exceeds 0.2 ppm and is within 5 ppm, the leak rate is 1. From E-09 (Pa · m 3 / sec) to 6. E−07 (Pa · m 3 / sec) or less. In this case, the crystal resonator to be inspected is determined to be fine leak. Further, if the oscillation frequency fluctuation value before and after pressurization is 6 ppm or more immediately after pressurizing the crystal resonator to be inspected, the leak rate is 1. E-05 (Pa · m 3 / sec) or more, and the crystal resonator to be inspected is determined to be gross leak.
As shown in FIG. 6, when N2 gas is used as the pressurized gas, the determination of gross leak corresponding to a large hole is not much different from the determination when using He gas, Compared to the case of using He gas, when the fine leak corresponding to the determination of a small hole is used, the fluctuation range of oscillation frequency becomes smaller and the numerical value varies, and the measurement accuracy is better when using He gas. I understand.

次に、本発明の変形例について説明する。
本実施形態の水晶振動子の気密検査装置は、前述したように加圧した後に所定の時間、例えば4分程度加圧したまま放置するタイミングが存在する。そこで、この放置時間内に、水晶振動子の他の電気的特性(例えば、励振レベル依存性(DLD特性)、クリスタルインピーダンス特性(CI特性)など)の検査を実行する工程を追加し、水晶振動子の全体の検査工程時間を短縮するように気密検査装置を構成してもよい。
以上、本発明の説明においては、圧電振動子の例として水晶振動子を用いたが、本発明は、コルピッツ型等の発振回路において発振可能な他の圧電振動子についても適応可能であり、圧電振動子のパッケージが極小であっても精度の高いグロスリーク判定や、ファインリーク判定を1回の気密検査で行うことができる。
Next, a modified example of the present invention will be described.
The airtightness inspection apparatus for a quartz crystal resonator according to the present embodiment has a timing to leave it pressurized for a predetermined time, for example, about 4 minutes after being pressurized as described above. Therefore, a step of performing an inspection of other electrical characteristics (for example, excitation level dependency (DLD characteristics), crystal impedance characteristics (CI characteristics), etc.) of the crystal resonator is added within this standing time, and the crystal oscillation is performed. The hermetic inspection apparatus may be configured to shorten the entire inspection process time of the child.
As described above, in the description of the present invention, a crystal resonator is used as an example of a piezoelectric resonator. However, the present invention can be applied to other piezoelectric resonators that can oscillate in an oscillation circuit such as a Colpitts type. Even if the vibrator package is extremely small, high-precision gross leak determination and fine leak determination can be performed by a single airtight inspection.

本発明の実施形態に係る水晶振動子の気密検査装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the airtight test | inspection apparatus of the crystal oscillator which concerns on embodiment of this invention. 水晶振動子の位相特性を示した図である。It is the figure which showed the phase characteristic of the crystal oscillator. 吸気開閉弁と排気開閉弁の制御動作表を示す図である。It is a figure which shows the control action table | surface of an intake on-off valve and an exhaust on-off valve. 本実施形態の発振回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the oscillation circuit of this embodiment. 本実施形態の水晶振動子の気密検査方法のフローチャートである。It is a flowchart of the airtight test | inspection method of the crystal oscillator of this embodiment. 本実施形態の気密検査装置による測定データの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the measurement data by the airtight inspection apparatus of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…気密検査装置、2…検査対象の水晶振動子、3…加圧チャンバ、4…ガスボンベ、5…流量絞り弁、6…サブチャンバ、7…吸気開閉弁、8…排気開閉弁、9…開閉弁制御回路、10…治具、11…温度センサ、13…定電流制御回路、14…測定器、15…コルピッツ型VCXO、16…温度補償回路、17…基準電圧源、20…発振回路、R…抵抗、TH…サーミスタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Airtight inspection apparatus, 2 ... Crystal oscillator to be examined, 3 ... Pressurization chamber, 4 ... Gas cylinder, 5 ... Flow throttle valve, 6 ... Subchamber, 7 ... Intake on / off valve, 8 ... Exhaust on / off valve, 9 ... Open / close valve control circuit, 10 ... jig, 11 ... temperature sensor, 13 ... constant current control circuit, 14 ... measuring instrument, 15 ... Colpitts type VCXO, 16 ... temperature compensation circuit, 17 ... reference voltage source, 20 ... oscillation circuit, R ... resistance, TH ... thermistor

Claims (8)

圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子の気密性を検査する圧電振動子の気密検査装置であって、
検査対象である前記圧電振動子を加圧する加圧チャンバと、
前記加圧チャンバ内に設けられ、発振回路を有する治具と、
前記治具に前記圧電振動子をセットしたときに、発振回路から出力される発振周波数信号の周波数を測定する測定器と、
を備えたことを特徴とする圧電振動子の気密検査装置。
A piezoelectric vibrator air-tightness inspection device for inspecting the airtightness of a piezoelectric vibrator containing a piezoelectric vibration element in a package,
A pressurizing chamber for pressurizing the piezoelectric vibrator to be inspected;
A jig provided in the pressure chamber and having an oscillation circuit;
A measuring instrument for measuring the frequency of an oscillation frequency signal output from an oscillation circuit when the piezoelectric vibrator is set in the jig;
An airtight inspection device for a piezoelectric vibrator, comprising:
前記発振回路は、コルピッツ型であることを特徴する請求項1に記載の圧電振動子の気密検査装置。   2. The piezoelectric vibrator hermeticity inspection apparatus according to claim 1, wherein the oscillation circuit is a Colpitts type. 前記圧電振動子の前記圧電振動素子を流れる圧電電流が一定となるように制御する定電流制御回路を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電振動子の気密検査装置。   3. The air tightness inspection apparatus for a piezoelectric vibrator according to claim 1, further comprising a constant current control circuit that controls the piezoelectric current flowing through the piezoelectric vibration element of the piezoelectric vibrator to be constant. 前記加圧チャンバ内の温度を測定する温度センサと、前記温度センサの温度検出結果に基づいて、前記圧電振動素子の温度補償を行う手段と、を備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の圧電振動子の気密検査装置。   The temperature sensor which measures the temperature in the said pressurization chamber, and the means to perform temperature compensation of the said piezoelectric vibration element based on the temperature detection result of the said temperature sensor, The 1st thru | or 3 characterized by the above-mentioned. The airtight inspection device for a piezoelectric vibrator according to any one of the above. 加圧チャンバ内を加圧する加圧ガスがヘリウムガスであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の圧電振動子の気密検査装置。   5. The airtight inspection apparatus for a piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the pressurized gas for pressurizing the inside of the pressurized chamber is helium gas. 6. 前記加圧チャンバの吸気経路に設けられる吸気開閉弁と、前記加圧チャンバの排気経路に設けられる排気開閉弁と、前記吸気開閉弁と前記排気開閉弁の開閉動作を制御する弁制御回路と、を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の圧電振動子の気密検査装置。   An intake on-off valve provided in the intake path of the pressurization chamber; an exhaust on-off valve provided in the exhaust path of the pressurization chamber; a valve control circuit for controlling the opening / closing operation of the intake on-off valve and the exhaust on-off valve; The airtightness inspection apparatus for a piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 5, further comprising: 前記加圧チャンバの吸気経路に所定量の前記加圧ガスを蓄えるサブチャンバを設けたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の圧電振動子の気密検査装置。   The airtight inspection device for a piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 6, wherein a sub-chamber for storing a predetermined amount of the pressurized gas is provided in an intake path of the pressurized chamber. 圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子の気密性を検査する圧電振動子の気密検査方法であって、
検査対象である圧電振動子を発振法により発振させて前記圧電振動子の発振周波数を測定するステップと、
前記圧電振動子を加圧した状態で発振法により発振させて前記圧電振動子の発振周波数を測定するステップと、
前記圧電振動子の加圧前の発振周波数と加圧後の発振周波数との周波数差に基づいて、前記圧電振動素子のパッケージの気密性が保たれているか否かを判定するステップと、
を含むことを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
A piezoelectric vibrator air-tightness inspection method for inspecting the airtightness of a piezoelectric vibrator containing a piezoelectric vibration element in a package,
Oscillating a piezoelectric vibrator to be inspected by an oscillation method and measuring an oscillation frequency of the piezoelectric vibrator;
Oscillating by an oscillation method in a state where the piezoelectric vibrator is pressurized and measuring an oscillation frequency of the piezoelectric vibrator;
Determining whether the hermeticity of the package of the piezoelectric vibration element is maintained based on the frequency difference between the oscillation frequency before pressurization of the piezoelectric vibrator and the oscillation frequency after pressurization;
An airtight inspection method for a piezoelectric vibrator, comprising:
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