JP2016178605A - 発振器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数調整工程における周波数の調整誤差を従来よりも小さくすることが可能な発振器の製造方法を提供すること。
【解決手段】振動子３と、振動子３を発振させるための集積回路（ＩＣ）２とを含み、集積回路２が温度センサー５０を有する発振器１の製造方法であって、パッケージ（容器）４に集積回路２を搭載する工程（Ｓ１０）と、パッケージ４に振動子３を搭載する工程（Ｓ２０）と、集積回路２と振動子３とが電気的に接続された状態で、振動子３を発振させて周波数を測定し、周波数が目標周波数に近づくように調整する周波数調整工程（Ｓ３０）と、を含み、周波数調整工程（Ｓ３０）において、温度センサー５０の出力電圧に応じて目標周波数を変更する（Ｓ３３）。
【選択図】図１０

Description

本発明は、発振器の製造方法に関する。

特許文献１には、圧電デバイスにおいて、振動子片の励振電極にレーザー光を照射して金属成分を蒸発させることにより質量を削減して周波数を調整する方法が開示されている。

特開２００３−１９８３１２号公報

ところで、レーザー光が照射されることにより振動片の温度が上昇し、周波数調整工程の開始時と終了時に温度差が生じるため、目標周波数になるように調整したとしても、周波数調整後に振動片の温度が元に戻ると周波数が目標周波数からずれてしまう。すなわち、振動片の周波数温度特性に依存して目標周波数とは異なる周波数に調整されてしまう。従来、周波数調整工程における周波数の調整誤差は、振動片を発振させる集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）が有する周波数調整機能により補正可能であったため、大きな問題ではなかった。しかしながら、近年、発振器の周波数にさらに高精度が要求されており、従来のＩＣの周波数調整範囲では補正しきれずに歩留りが悪くなり、あるいは、ＩＣの周波数調整範囲を広げるとＩＣの回路面積が増大し、いずれもコスト上昇をもたらすという問題がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、周波数調整工程における周波数の調整誤差を従来よりも小さくすることが可能な発振器の製造方法を提供することができる。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係る発振器の製造方法は、振動子と、前記振動子を発振させるための集積回路とを含み、前記集積回路が温度センサーを有する発振器の製造方法であって、容器に前記集積回路を搭載する工程と、前記容器に前記振動子を搭載する工程と、前記集積回路と前記振動子とが電気的に接続された状態で、前記振動子を発振させて周波数を測定し、周波数が目標周波数に近づくように調整する周波数調整工程と、を含み、前記周波数調整工程において、前記温度センサーの出力電圧に応じて前記目標周波数を変更する。

振動子と集積回路とにより、例えば、ピアース発振回路、インバーター型発振回路、コルピッツ発振回路、ハートレー発振回路などの種々の発振回路が構成されてもよい。

本適用例に係る発振器の製造方法によれば、周波数調整工程において、集積回路が有する温度センサーによって間接的に振動子３の温度情報を取得し、振動子の温度変化に応じて適切に目標周波数を変更しながら周波数を調整することができる。従って、周波数調整
工程において、目標周波数に近づくように調整することにより、周波数の調整誤差を従来よりも小さくすることができる。

［適用例２］
上記適用例に係る発振器の製造方法は、前記周波数調整工程において、前記温度センサーの出力電圧の変化に対して線形に前記目標周波数を変更してもよい。

本適用例に係る発振器の製造方法によれば、振動子の周波数が、周波数調整工程が行われる温度の付近において温度変化に対してほぼ線形に変化する場合に、振動子の周波数変化に追従して目標周波数を適切に変更することができるので、発振器の周波数を高精度に調整することができる。

［適用例３］
上記適用例に係る発振器の製造方法において、前記周波数調整工程は、１５℃以上３５℃以下の温度で行われてもよい。

本適用例に係る発振器の製造方法によれば、１５℃以上３５℃以下の範囲において温度変化に対して周波数がほぼ線形に変化する振動子（例えば、周波数温度特性が３次曲線を呈する振動子）を有する発振器の周波数を高精度に調整することができる。

［適用例４］
上記適用例に係る発振器の製造方法において、前記周波数調整工程において、前記振動子と同じ種類の複数の振動子の周波数温度特性の測定結果に基づいて算出された、温度と前記目標周波数との対応情報に基づき、前記目標周波数を変更してもよい。

本適用例に係る発振器の製造方法によれば、周波数調整工程において、あらかじめ算出された温度と目標周波数との対応情報（固定値）に基づいて、目標周波数を変更するので、周波数調整工程に先立ち、当該振動子の周波数温度特性を測定する必要がない。

［適用例５］
上記適用例に係る発振器の製造方法は、前記発振器の周波数温度特性を測定し、測定結果に基づいて温度と前記目標周波数との対応情報を算出する工程を含み、前記周波数調整工程において、前記対応情報に基づき前記目標周波数を変更してもよい。

本適用例に係る発振器の製造方法によれば、周波数調整工程において、発振器の周波数温度特性に応じて、目標周波数を精度よく変更することができるので、周波数の調整誤差をより小さくすることができる。

［適用例６］
上記適用例に係る発振器の製造方法は、前記周波数調整工程において、前記振動子にレーザー光を照射することにより周波数を調整してもよい。

本適用例に係る発振器の製造方法によれば、周波数調整工程において、レーザー光が照射されることで振動子の温度が上昇しても、発振器の周波数を高精度に調整することができる。

［適用例７］
上記適用例に係る発振器の製造方法において、前記振動子は、ＡＴカット水晶振動子であってもよい。

ＡＴカット振動子は周波数温度特性が３次曲線を呈し、一般に周波数調整が行われる常温付近では温度変化に対して周波数が線形に変化するので、本適用例に係る発振器の製造方法によれば、周波数調整工程において、振動子の温度の変化に対して線形に目標周波数を変更することにより、発振器の周波数を高精度に調整することができる。

発振器の斜視図。 図２（Ａ）は発振器の断面図、図２（Ｂ）は発振器の底面図。 発振器の機能ブロック図。 周波数調整の説明図。 一般的な周波数調整の説明図。 振動子の周波数温度特性の個体差を示す図。 周波数の調整ばらつきの説明図。 周波数調整時の調整ばらつきとリッド封止及び熱処理後の調整ばらつきとの関係を示す図。 本実施形態の発振器の製造方法の手順の一例を示すフローチャート図。 周波数調整工程の手順の一例を示すフローチャート図。 本実施形態における周波数調整の説明図。 本実施形態の発振器の製造方法の効果の説明図。 本実施形態の発振器の製造方法の手順の他の一例を示すフローチャート図。 他の構造の発振器の断面図。 本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図。 本実施形態の電子機器の外観の一例を示す図。 本実施形態の移動体の一例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．発振器
［発振器の構成］
図１及び図２は、後述する本実施形態の製造方法が適用される発振器の構造の一例を示す図である。図１は、発振器の斜視図であり、図２（Ａ）は図１のＡ−Ａ’断面図である。また、図２（Ｂ）は、発振器の底面図である。

図１及び図２（Ａ）に示すように、本実施形態の発振器１は、後述する図３の集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）２、振動子３、パッケージ４、リッド（蓋）５、外部端子（外部電極）６を含んで構成されている。

振動子３としては、例えば、水晶振動子、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子、その他の圧電振動子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などを用いることができる。振動子３の基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。振動子３の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。

パッケージ４は、集積回路（ＩＣ）２と振動子３とを同一空間内に収容する。具体的には、パッケージ４には、凹部が設けられており、リッド５で凹部を覆うことによって収容
室７となる。パッケージ４の内部又は凹部の表面には、集積回路（ＩＣ）２の２つの端子（後述する図３のＸＯ端子及びＸＩ端子）と振動子３の２つの端子とをそれぞれ電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。また、パッケージ４の内部又は凹部の表面には、集積回路（ＩＣ）２の各端子と対応する各外部端子６とを電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。

図２（Ｂ）に示すように、本実施形態の発振器１は底面（パッケージ４の裏面）に、電源端子である外部端子ＶＤＤ１，接地端子である外部端子ＶＳＳ１、周波数制御用の信号が入力される端子である外部端子ＶＣ１及び出力端子である外部端子ＯＵＴ１の４個の外部端子６が設けられている。外部端子ＶＤＤ１には電源電圧が供給され、外部端子ＶＳＳ１は接地される。

振動子３は、その表面（図２（Ａ）の上側）及び裏面（図２（Ａ）の上側）にそれぞれ金属の励振電極３ａ及び３ｂを有しており、励振電極３ａの質量を変えることで振動子３の発振周波数を変化させることができる。本実施形態では、振動子３の製造時（パッケージ４に搭載される前）は、振動子３の発振周波数が所望の周波数（発振器１に要求される周波数）よりも低くなるように励振電極３ａの質量が決められており、リッド５によりパッケージ４を封止する前に、レーザー光を照射して励振電極３ａを削る（研磨する）ことで振動子３の質量を小さくし、その結果、振動子３の発振周波数を高くして所望の周波数となるように調整する。

図３は発振器１の機能ブロック図である。図３に示すように、発振器１は、振動子３と振動子３を発振させるための集積回路（ＩＣ）２とを含む発振器であり、集積回路（ＩＣ）２と振動子３はパッケージ４に収容されている。

集積回路（ＩＣ）２は、電源端子であるＶＤＤ端子、接地端子であるＶＳＳ端子、出力端子であるＯＵＴ端子、周波数を制御する信号が入力される端子であるＶＣ端子、振動子３との接続端子であるＸＩ端子及びＸＯ端子が設けられている。ＶＤＤ端子、ＶＳＳ端子、ＯＵＴ端子及びＶＣ端子は、集積回路（ＩＣ）２の表面に露出しており、それぞれ、パッケージ４に設けられた外部端子ＶＤＤ１，ＶＳＳ１，ＯＵＴ１，ＶＣ１と接続されている。また、ＸＩ端子は振動子３の一端（一方の端子）と接続され、ＸＯ端子は振動子３の他端（他方の端子）と接続される。

本実施形態では、集積回路（ＩＣ）２は、発振回路１０、出力回路２０、周波数調整回路３０、ＡＦＣ（Automatic Frequency Control）回路３２、温度補償回路４０、温度センサー５０、レギュレーター回路６０、記憶部７０、シリアルインターフェース（Ｉ／Ｆ）回路８０及びスイッチ回路９０を含んで構成されている。なお、本実施形態の集積回路（ＩＣ）２は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。

レギュレーター回路６０は、ＶＤＤ端子から供給される電源電圧ＶＤＤ（正の電圧）に基づき、発振回路１０、周波数調整回路３０、ＡＦＣ回路３２、温度補償回路４０、出力回路２０の一部又は全部の電源電圧または基準電圧となる一定電圧を生成する。

記憶部７０は、不揮発性メモリー７２とレジスター７４とを有しており、外部端子から、シリアルインターフェース回路８０を介して、不揮発性メモリー７２又はレジスター７４に対するリード／ライトが可能に構成されている。本実施形態では、発振器１の外部端子と接続される集積回路（ＩＣ）２の端子はＶＤＤ，ＶＳＳ，ＯＵＴ，ＶＣの４つしかないため、シリアルインターフェース回路８０は、例えば、ＶＤＤ端子の電圧が閾値よりも高い時に、ＶＣ端子から入力されるクロック信号とＯＵＴ端子から入力されるデータ信号
を受け付け、不揮発性メモリー７２あるいはレジスター７４に対してデータのリード／ライトを行う。

不揮発性メモリー７２は、各種の制御データを記憶するための記憶部であり、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）やフラッシュメモリーなどの書き換え可能な種々の不揮発性メモリーであってもよいし、ワンタイムＰＲＯＭ（One Time Programmable Read Only Memory）のような書き換え不可能な種々の不揮発性メモリーであってもよい。

不揮発性メモリー７２には、周波数調整回路３０を制御するための周波数調整データや、温度補償回路４０を制御するための温度補償データ（１次補償データ、・・・、ｎ次補償データ）が記憶される。さらに、不揮発性メモリー７２には、出力回路２０やＡＦＣ回路３２をそれぞれ制御するためのデータ（不図示）も記憶される。

周波数調整データは、発振器１の周波数を調整するためのデータであり、発振器１の周波数調整工程において周波数調整データが初期値の状態で発振器１の発振周波数を調整した後、仮に、発振器１を通常動作させたときの発振周波数が所望の周波数からずれていた場合に、周波数調整データを書き換えることで、発振周波数が所望の周波数に近づくように微調整することができる。

温度補償データ（１次補償データ、・・・、ｎ次補償データ）は、発振器１の温度補償調整工程において算出される、発振器１の周波数温度特性の補正用のデータであり、例えば、振動子３の周波数温度特性の各次数成分に応じた１次〜ｎ次の係数値であってもよい。例えば、振動子３がＡＴカット水晶振動子であれば、周波数温度特性は３次曲線を呈するためｎとして３以上の整数値が選択される。なお、温度補償データは、１次〜ｎ次のすべての次数の補償データを含んでもよいし、１次〜ｎ次のうちの一部の次数の補償データのみを含んでもよい。

不揮発性メモリー７２に記憶されている各データは、集積回路（ＩＣ）２の電源投入時（ＶＤＤ端子の電圧が０Ｖから所望の電圧まで立ち上がる時）に不揮発性メモリー７２からレジスター７４に転送され、レジスター７４に保持される。そして、周波数調整回路３０にはレジスター７４に保持される周波数調整データが入力され、温度補償回路４０にはレジスター７４に保持される温度補償データ（１次補償データ、・・・、ｎ次補償データ）が入力され、出力回路２０やＡＦＣ回路３２にもレジスター７４に保持される各制御用のデータが入力される。

不揮発性メモリー７２が書き換え不可能である場合には、発振器１の検査時において、外部端子からシリアルインターフェース回路８０を介して、不揮発性メモリー７２から転送される各データが保持されるレジスター７４の各ビットに直接各データが書き込まれて発振器１が所望の特性を満たすように調整・選択され、調整・選択された各データが最終的に不揮発性メモリー７２に書き込まれる。また、不揮発性メモリー７２が書き換え可能である場合には、発振器１の検査時において、外部端子からシリアルインターフェース回路８０を介して、不揮発性メモリー７２に各データが書き込まれるようにしてもよい。ただし、不揮発性メモリー７２への書き込みは一般に時間がかかるため、発振器１の検査時には、検査時間を短縮するために、外部端子からシリアルインターフェース回路８０を介してレジスター７４の各ビットに直接各データが書き込まれ、調整・選択された各データが最終的に不揮発性メモリー７２に書き込まれるようにしてもよい。

発振回路１０は、振動子３の出力信号を増幅して振動子３にフィードバックすることで、振動子３を発振させ、振動子３の発振に基づく発振信号を出力する。例えば、レジスタ
ー７４に保持された制御データによって、発振回路１０の発振段電流が制御されてもよい。

周波数調整回路３０は、レジスター７４に保持された周波数調整データに応じた電圧を発生させて、発振回路１０の負荷容量として機能する可変容量素子（不図示）の一端に印加する。これにより、所定の温度（例えば、２５℃）かつＶＣ端子の電圧が所定の電圧（例えば、ＶＤＤ／２）となる条件下での発振回路１０の発振周波数（基準周波数）がほぼ所望の周波数となるように制御（微調整）される。

ＡＦＣ回路３２は、ＶＣ端子の電圧に応じた電圧を発生させて、発振回路１０の負荷容量として機能する可変容量素子（不図示）の一端に印加する。これにより、発振回路１０の発振周波数（振動子３の発振周波数）が、ＶＣ端子の電圧値に基づき制御される。例えば、レジスター７４に保持された制御データによって、ＡＦＣ回路３２のゲインが制御されてもよい。

温度センサー５０は、その周辺の温度に応じた信号（例えば、温度に応じた電圧）を出力する感温素子である。温度センサー５０は、温度が高いほど出力電圧が高い正極性のものであってもよいし、温度が高いほど出力電圧が低い負極性のものであってもよい。なお、温度センサー５０としては、発振器１の動作が保証される所望の温度範囲において、温度変化に対して出力電圧ができるだけ線形に変化するものが望ましい。

温度補償回路４０は、温度センサー５０からの出力信号が入力され、振動子３の周波数温度特性を補償するための電圧（温度補償電圧）を発生させて、発振回路１０の負荷容量として機能する可変容量素子（不図示）の一端に印加する。これにより、発振回路１０の発振周波数が、温度によらずほぼ一定になるように制御される。本実施形態では、温度補償回路４０は、１次電圧発生回路４１−１〜ｎ次電圧発生回路４１−ｎ及び加算回路４２を含んで構成されている。

１次電圧発生回路４１−１〜ｎ次電圧発生回路４１−ｎは、それぞれ、温度センサー５０からの出力信号が入力され、レジスター７４に保持された１次補償データ〜ｎ次補償データに応じて、振動子３の周波数温度特性の１次成分からｎ次成分を補償するための１次補償電圧〜ｎ次補償電圧を発生させる。

加算回路４２は、１次電圧発生回路４１−１〜ｎ次電圧発生回路４１−ｎがそれぞれ発生させる１次補償電圧〜ｎ次補償電圧を加算して出力する。この加算回路４２の出力電圧が温度補償回路４０の出力電圧（温度補償電圧）となる。

出力回路２０は、発振回路１０が出力する発振信号が入力され、外部出力用の発振信号を生成して出力する。例えば、レジスター７４に保持された制御データによって、出力回路２０における発振信号の分周比や出力レベルが制御されてもよい。

スイッチ回路９０は、レジスター７４に保持されたスイッチ制御ビットに応じて、出力回路２０の出力信号（発振信号）と温度センサー５０の出力信号のいずれか一方を選択して出力する。集積回路（ＩＣ）２の電源投入時（ＶＤＤ端子の電圧が０Ｖから所望の電圧まで立ち上がる時）には、スイッチ回路９０が出力回路２０の出力回路２０の出力信号を選択するようにスイッチ制御ビットが初期化される。また、スイッチ回路９０が温度センサー５０の出力信号を選択するように、シリアルインターフェース回路８０を介してスイッチビットを書き換えることができる。スイッチ回路９０の出力信号は、ＯＵＴ端子を介して発振器１の外部端子ＯＵＴ１から出力される。

このように構成された第１実施形態の発振器１は、所望の温度範囲において、温度によらず、外部端子ＶＣ１の電圧に応じた一定の周波数の発振信号を出力する電圧制御型の温度補償型発振器（振動子３が水晶振動子であればＶＣ−ＴＣＸＯ（Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator））として機能する。

［周波数調整の問題点］
図４に示すように、本実施形態では、リッド５によってパッケージ４が封止される前の発振器１において、例えば、２５℃〜３０℃程度で、集積回路（ＩＣ）２によって振動子３を発振させて外部端子ＯＵＴ１に対応する外部端子６から出力される発振信号の周波数（発振周波数）を測定し、測定結果に応じてレーザー光源９が出射するレーザー光によって振動子３の表面の励振電極３ａを削ることで周波数調整を行う。例えば、周波数調整の開始時において発振器１の発振周波数の周波数偏差Δｆ／ｆは−１０００ｐｐｍ程度であり、周波数偏差が０ｐｐｍに近づくように（測定される周波数が所望の周波数に近づくように）発振周波数を調整する。ところが、振動子３の励振電極３ａにレーザー光が照射されることにより、振動子３の温度が上昇するため、周波数が測定される時の振動子３の温度は周波数調整の開始時の温度（２５℃）よりも高いため、測定される周波数が所望の周波数と一致するように調整しても、発振器１の２５℃での発振周波数は、振動子３の周波数温度特性に依存した誤差を有することになる。

ここで、例えば、振動子３がＡＴカット水晶振動子の場合、その周波数温度特性は３次曲線を呈するため、図５に示すように、発振器１の発振周波数は、周波数調整が行われる２５℃付近では温度上昇に対して発振周波数がほぼ線形に減少する。そして、周波数偏差が０ｐｐｍに近くなる周波数調整の終了時は、周波数偏差が−１０００ｐｐｍ程度の開始時よりも、振動子３の温度が上昇しているため、発振器１の発振周波数が図５に示すような温度特性を有する状態では、所望の周波数よりも低い周波数になるように周波数を調整しなければ調整誤差が生じることになる。

また、例えば、図６（Ａ）に示すように、振動子３の周波数温度特性には個体差があり、図６（Ａ）の２５℃付近を拡大した図６（Ｂ）に示すように、２５℃付近の温度上昇に対する周波数低下の度合いも異なる。さらに、発振器１ごとの周波数調整時の温度の差や、振動子３ごとの初期周波数の差に応じたレーザー照射時間の差による振動子３の発熱量の差などにより、周波数調整時の振動子３の温度にも差が生じる。そうすると、図７に示すように、横軸を周波数偏差（Δｆ／ｆ）、縦軸を発振器１の個数としたときに、２５℃や３０℃でそれぞれ周波数調整された発振器１の周波数は正規分布となり、２５℃で調整された最大周波数と３０℃で調整された最小周波数との差が調整ばらつきＡとして顕在化する。

さらに、周波数調整後に、リッド５によりパッケージ４を封止し、熱処理を行ってリッド５をパッケージ４に接着させる過程で発振器１の状態が変化し、その結果、発振器１の発振周波数が変化する。この発振周波数の変化量を加味して周波数調整時の目標周波数にオフセットをかける対策は可能である。しかしながら、このような対策をとっても、この発振周波数の変化量にも個体差があるため、図８に示すように、リッド５による封止及び熱処理の後の調整ばらつきＢは周波数調整時の調整ばらつきＡよりも大きくなってしまう。

上述したように、発振器１の周波数は、周波数調整データを書き換えることで周波数調整回路３０により微調整可能であるが、１ｐｐｍ以下の高い周波数精度が要求されると、調整ばらつきＢが周波数調整データの書き換えによる調整可能範囲よりも大きくなり、調整できない発振器１の数が増えるため、歩留りが低下する。周波数調整回路３０による調整可能範囲を広げることで歩留りを向上させることは可能であるが、調整分解能を維持し
たまま調整可能範囲を広げると周波数調整データのビット数が増大してコストの増加を招き、周波数調整データのビット数を維持したまま調整可能範囲を広げると調整分解能が低下し、発振器１の周波数精度の劣化を招く。

以下に説明するように、本実施形態の製造方法は、周波数調整時の調整ばらつきＡを小さくすることで調整ばらつきＢを小さくし、周波数調整回路３０による調整可能範囲を広げずに歩留りを維持又は向上させるものである。

［発振器の製造方法］
図９は、本実施形態の発振器の製造方法（上述した発振器１の製造方法）の手順の一例を示すフローチャート図である。図９の工程Ｓ１０〜Ｓ９０の一部を省略又は変更し、あるいは、他の工程を追加してもよい。なお、図９のフローチャートに先立ち、不揮発性メモリー７２あるいはレジスター７４に、周波数調整データの初期値（例えば、調整可能範囲の中間値）が書き込まれているものとする。

図９の例では、まず、パッケージ４に集積回路（ＩＣ）２を搭載し（Ｓ１０）、次に、パッケージ４に振動子３を搭載する（Ｓ２０）。工程Ｓ１０及び工程Ｓ２０により、集積回路（ＩＣ）２と振動子３は、パッケージ４の内部又は凹部の表面に設けられた配線によって接続され、集積回路（ＩＣ）２に電源を供給すると集積回路（ＩＣ）２と振動子３とが電気的に接続される状態になる。

次に、集積回路（ＩＣ）２と振動子３とが電気的に接続された状態で、振動子３を発振させて周波数を測定し、周波数が目標周波数に近づくように調整する（Ｓ３０）。後述するように、この周波数調整工程Ｓ３０では、温度センサー５０の出力電圧の変化に応じて目標周波数を変更しながら周波数を調整する。

次に、リッド５によりパッケージ４を封止し、熱処理を行ってリッド５をパッケージ４に接着させる（Ｓ４０）。

次に、例えば、２５℃で発振器１の周波数を測定し（Ｓ５０）、測定した周波数の周波数偏差（所望の周波数に対する偏差）が所定範囲内の場合（Ｓ６０のＹ）、その他の調整及び検査（例えば、温度補償調整など）を行い（Ｓ９０）、終了する。

また、測定した周波数の周波数偏差が所定範囲内でない場合（Ｓ６０のＮ）、当該周波数偏差が調整可能な範囲であれば（Ｓ７０のＹ）、周波数調整データを書き換えて（Ｓ８０）、工程Ｓ５０以降を再び行う。一方、測定した周波数の周波数偏差が調整可能な範囲でなければ（Ｓ７０のＮ）、工程Ｓ９０を行わずに終了し、例えば、当該発振器１を不合格品として破棄してもよい。

なお、図９のフローチャートにおいて、可能な範囲で、各工程の順番を適宜変更してもよい。

図１０は、周波数調整工程（図９の工程Ｓ３０）の手順の一例を示すフローチャート図である。

まず、目標周波数を初期設定する（Ｓ３１）。

次に、レーザー光源９からレーザー光を照射し、振動子３の励振電極３ａを研磨して削る（Ｓ３２）。この工程Ｓ３２により、振動子３の質量が減少し、発振器１の周波数が上昇する。

次に、温度と目標周波数との対応情報に基づき、温度センサー５０の出力電圧に応じて目標周波数を変更する（Ｓ３３）。この工程Ｓ３３では、スイッチ制御ビットを書き換えて発振器１の外部端子ＯＵＴ１から温度センサー５０の出力信号が出力されるように設定した後、外部端子ＯＵＴ１の電圧に応じて目標周波数を変更する。温度と目標周波数との対応情報は、あらかじめ振動子３と同じ種類（型番）の複数の振動子の周波数温度特性を測定し、当該測定結果に基づいて算出された情報であり、温度センサー５０の出力電圧と目標周波数との対応関係を特定可能な情報であればよい。例えば、複数の振動子の周波数温度特性の２５℃付近での傾き（１次成分）の平均値を１次係数とする温度と周波数の関係式を算出し、当該関係式から換算される温度と周波数の関係式を温度と目標周波数との対応情報として、温度センサー５０の出力電圧の変化に対して線形に目標周波数を変更してもよい。

次に、発振器１の周波数を測定し（Ｓ３４）、測定した周波数の目標周波数に対する偏差が所定範囲内でなければ（Ｓ３５のＮ）、工程Ｓ３２以降を再び行う。測定した周波数の目標周波数に対する偏差が所定範囲内であれば（Ｓ３５のＹ）、周波数調整工程を終了する。なお、工程Ｓ３４では、スイッチ制御ビットを書き換えて発振器１の外部端子ＯＵＴ１から発振信号が出力されるように設定した後、外部端子ＶＣ１には所望の電圧、例えば、周波数可変範囲の中間周波数に対応する電圧（例えば、ＶＤＤ／２）が印加された状態で周波数を測定する。

ここで、工程Ｓ３２において振動子３の励振電極３ａをレーザー光で削る際に発生する熱は、配線や空間を通じて集積回路（ＩＣ）２にも伝わるため、温度センサー５０によって振動子３の温度上昇を間接的に検出することができる。そこで、工程Ｓ３３において、温度センサー５０の出力電圧に応じて目標周波数を変更することにより、振動子３の温度上昇分を加味した周波数調整を行うことができる。例えば、振動子３がＡＴカット水晶振動子の場合、その周波数温度特性は３次曲線を呈し、２５℃付近では温度の上昇に対して線形に周波数が低下する。そこで、図１１に示すように、工程Ｓ３１において、周波数調整工程Ｓ４０の開始時の温度が２５℃であるものとして目標周波数を所望の周波数に初期設定し、工程Ｓ３３において、温度（温度センサー５０の出力電圧に対応する温度）が（２５＋α）℃に上昇していれば、目標周波数を、所望の周波数に対する偏差が−βｐｐｍの周波数に変更する。この場合、図１１の直線を表す１次式を、工程Ｓ３３で使用する温度と目標周波数との対応情報とすればよい。

このように、振動子３の温度上昇分を加味して目標周波数を変更しながら周波数を調整することにより、調整誤差を小さくすることができる。ただし、実際には、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示したように、振動子３の周波数温度特性には個体差があるため、発振器１の周波数温度特性の２５℃付近での傾き（１次成分）にも差が生じる。そのため、工程３３で使用する対応情報（関係式）が固定値である場合、周波数調整工程Ｓ３０における周波数の調整誤差にある程度のばらつきが生じるが、図１２（Ａ）に示すように、図１０の工程Ｓ３３を行わない場合（図１２（Ａ）の破線）と比較して、図１０の工程Ｓ３３を行った場合（図１２（Ａ）の実線）の方が周波数調整時の調整ばらつきＡが小さくなる。その結果、図１２（Ｂ）に示すように、図１０の工程Ｓ３３を行わない場合（図１２（Ｂ）の破線）と比較して、図１０の工程Ｓ３３を行った場合（図１２（Ｂ）の実線）の方がリッド５による封止及び熱処理の後の調整ばらつきＢも小さくなる。

従って、周波数の調整誤差が比較的大きい発振器１についても、図９の工程Ｓ５０〜工程Ｓ８０により周波数の微調整を行うことで、目標周波数との差を所定範囲内にすることが可能となり、歩留りを維持あるいは向上させることができる。

なお、図９のフローチャートによれば、周波数調整工程Ｓ３０において、あらかじめ振動子３と同じ種類（型番）の複数の振動子の周波数温度特性の測定結果に基づいて算出された温度と目標周波数との対応情報（固定値）を用いて目標周波数を変更するので、周波数調整工程Ｓ３０に先立ち、振動子３の周波数温度特性を測定する必要がない。ただし、歩留りをさらに向上させるために、以下のように、発振器１ごとの周波数温度特性に応じたより適切な対応情報を用いて周波数調整を行うことも可能である。

図１３は、本実施形態の発振器の製造方法（上述した発振器１の製造方法）の手順の他の一例を示すフローチャート図である。図１３の工程Ｓ１０〜Ｓ９０の一部を省略又は変更し、あるいは、他の工程を追加してもよい。なお、図１３のフローチャートに先立ち、不揮発性メモリー７２あるいはレジスター７４に、周波数調整データの初期値（例えば、調整可能範囲の中間値）が書き込まれているものとする。

図１３の例では、図９と同様に、まず、パッケージ４に集積回路（ＩＣ）２を搭載し（Ｓ１０）、次に、パッケージ４に振動子３を搭載する（Ｓ２０）。

次に、発振器１の周波数温度特性を測定し、測定結果に基づいて温度と目標周波数との対応情報を算出する（Ｓ２２）。例えば、振動子３がＡＴカット水晶振動子である場合、２５℃付近の複数の温度で周波数を測定することで、発振器１の周波数温度特性の１次成分を測定することができる。例えば、２５℃と３０℃でそれぞれ周波数を測定し、この２点を結ぶ直線を表す１次式を温度と目標周波数との対応情報とする。

次に、集積回路（ＩＣ）２と振動子３とが電気的に接続された状態で、振動子３を発振させて周波数を測定し、周波数を調整する（Ｓ３０）。この周波数調整工程Ｓ３０の詳細な手順は、図１０と同様である。ただし、図１０の工程Ｓ３３では、図１３の工程Ｓ２２で算出した温度と目標周波数との対応情報に基づき、温度センサー５０の出力電圧に応じて目標周波数を変更する。

次に、図９と同様に、リッド５によりパッケージ４を封止し、熱処理を行ってリッド５をパッケージ４に接着させた後（Ｓ４０）、例えば、２５℃で発振器１の周波数を測定し（Ｓ５０）、測定した周波数の周波数偏差（所望の周波数に対する偏差）が所定範囲内の場合（Ｓ６０のＹ）、その他の調整及び検査（例えば、温度補償調整など）を行い（Ｓ９０）、終了する。

また、測定した周波数の周波数偏差（所望の周波数に対する偏差）が所定範囲内でない場合（Ｓ６０のＮ）、当該周波数偏差が調整可能な範囲であれば（Ｓ７０のＹ）、周波数調整データを書き換えて（Ｓ８０）、工程Ｓ５０以降を再び行う。一方、測定した周波数の周波数偏差が調整可能な範囲でなければ（Ｓ７０のＮ）、工程Ｓ９０を行わずに終了し、例えば、当該発振器１を不合格品として破棄してもよい。

なお、図１３のフローチャートにおいて、可能な範囲で、各工程の順番を適宜変更してもよい。

ここで、例えば、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示したように、振動子３の周波数温度特性には個体差があるが、図１３の周波数調整工程Ｓ３０において、工程Ｓ２２で算出した発振器１の周波数温度特性に応じた適切な対応情報を用いて、目標周波数を精度よく変更しながら周波数を調整することができるので、周波数調整時の調整ばらつきＡが極めて小さくなり、その結果、リッド５による封止及び熱処理の後の調整ばらつきＢをより小さくすることができる。

従って、ほとんどの発振器１について、図１３の工程Ｓ５０〜工程Ｓ８０により周波数の微調整を行うことで、目標周波数との差を所定範囲内にすることが可能となり、歩留りをさらに向上させることができる。

以上に説明したように、本実施形態の発振器の製造方法によれば、周波数調整工程において、集積回路（ＩＣ）２が有する温度センサー５０によって間接的に振動子３の温度情報を取得し、振動子３の温度変化に応じて適切に目標周波数を変更しながら周波数を調整することができる。従って、周波数調整工程において、目標周波数に近づくように調整することにより、周波数の調整誤差を従来よりも小さくすることができる。

特に、本実施形態の発振器の製造方法によれば、温度センサー５０の出力電圧に応じて適切に目標周波数を変更し、周波数調整時の調整ばらつきＡを小さくすることで、リッド５による封止及び熱処理の後の調整ばらつきＢを小さくし、周波数調整回路３０による調整可能範囲を広げずに歩留りを維持又は向上させることができる。

なお、本実施形態の発振器の製造方法は、例えば、周波数温度特性が３次曲線を呈する振動子３を有する発振器１に広く適用することができる。周波数温度特性が３次曲線を呈する振動子３としては、上述したＡＴカット水晶振動子の他に、例えば、ＳＴカットに改良を加えて周波数温度特性が３次曲線を呈するようにした弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）共振子などが挙げられる。この弾性表面波（ＳＡＷ）共振子においても、レーザー光を照射してＩＤＴ（InterDigital Transducer）電極や反射器の一部を除去することで周波数を調整することができる。

そして、振動子３の周波数温度特性が３次曲線を呈する場合、周波数調整工程（図９や図１３の工程Ｓ３０）が１５℃以上３５℃以下の温度で行われることが望ましい。この温度範囲では、温度変化に対して振動子３の周波数がほぼ線形に変化するため、温度の変化（温度センサー５０の出力電圧の変化）に対して線形に目標周波数を変更すればよいので、変更が容易である。

また、本実施形態の発振器の製造方法は、例えば、周波数温度特性が２次曲線を呈する振動子３を有する発振器１にも広く適用することができる。周波数温度特性が２次曲線を呈する振動子３としては、例えば、ＳＣカット水晶振動子や音叉型水晶振動子などが挙げられる。ＳＣカット水晶振動子や音叉型水晶振動子においても、レーザー光を照射して励振電極の一部を除去することで周波数を調整することができる。

また、上述した発振器１は、温度補償機能と電圧制御機能（周波数制御機能）を有する発振器（ＶＣ−ＴＣＸＯ（Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator）等）であるが、本実施形態の発振器の製造方法は、電圧制御機能（周波数制御機能）を有さない温度補償型発振器（ＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal Oscillator）等）にも適用することができる。

また、本実施形態の発振器の製造方法は、集積回路（ＩＣ）２により振動子３を発振させて周波数を測定し、測定結果に応じて周波数を調整することが可能な発振器１に広く適用することができる。このような発振器１としては、図２（Ａ）に示したようなシングルシール構造の発振器の他にも、例えば、図１４に示すようなＨ型構造の発振器にも適用することができる。図１４に示す発振器１において、パッケージ４には、対向する面に２つの凹部が設けられており、リッド５で一方の凹部を覆うことによって収容室７ａとなり、封止部材８で他方の凹部を覆うことによって収容室７ｂとなる。収容室７ａには振動子３が収容され、収容室７ｂには集積回路（ＩＣ）２が収容されている。パッケージ４の内部又は凹部の表面には、集積回路（ＩＣ）２のＸＯ端子及びＸＩ端子と振動子３の２つの端
子とをそれぞれ電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。また、パッケージ４の内部又は凹部の表面には、集積回路（ＩＣ）２の各端子と対応する各外部端子６とを電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。このような構造の発振器１においても、リッド５によってパッケージ４を封止する前に、振動子３の表面に設けられた励振電極３ａにレーザー光を照射し、励振電極３ａを削ることで周波数を調整することができる。

また、発振器１（集積回路（ＩＣ）２）は、図３に示したように、発振信号の出力用の端子を温度センサー５０の出力信号を出力するために兼用するものに限らず、発振信号の出力用の端子以外の端子を温度センサー５０の出力信号を出力するために兼用するものでもよいし、温度センサー５０の出力信号を出力するための専用の端子を有するものでもよい。

２．電子機器
図１５は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。また、図１６は、本実施形態の電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。

本実施形態の電子機器３００は、発振器３１０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図１５の構成要素（各部）の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

発振器３１０は、集積回路（ＩＣ）３１２と振動子３１３とを備えている。集積回路（ＩＣ）３１２は、振動子３１３を発振させて発振信号を発生させる。この発振信号は発振器３１０のＯＵＴ端子からＣＰＵ３２０に出力される。

ＣＰＵ３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、発振器３１０から入力される発振信号をクロック信号として各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＣＰＵ３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。

操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ３２０に出力する。

ＲＯＭ３４０は、ＣＰＵ３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ３５０は、ＣＰＵ３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、ＣＰＵ３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部３６０は、ＣＰＵ３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。

表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。

発振器３１０として例えば上述した本実施形態の製造方法を用いて製造した発振器１を適用することにより、信頼性の高い電子機器を実現することができる。

このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、例えば、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター）、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、ディジタルカメラ、インクジェット式吐出装置（例えば、インクジェットプリンター）、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等が挙げられる。

本実施形態の電子機器３００の一例として、上述した発振器３１０を基準信号源、あるいは電圧可変型発振器（ＶＣＯ）等として用いて、例えば、端末と有線または無線で通信を行う端末基地局用装置等として機能する伝送装置が挙げられる。本実施形態の電子機器３００は、発振器３１０として、例えば上述した本実施形態の製造方法を用いて製造した発振器１を適用することにより、例えば通信基地局などに利用可能な、高性能、高信頼性を所望される伝送機器にも適用することができる。

３．移動体
図１７は、本実施形態の移動体の一例を示す図（上面図）である。図１７に示す移動体４００は、発振器４１０、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー４２０，４３０，４４０、バッテリー４５０、バックアップ用バッテリー４６０を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図１７の構成要素（各部）の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

発振器４１０は、不図示の集積回路（ＩＣ）と振動子とを備えており、集積回路（ＩＣ）は振動子を発振させて発振信号を発生させる。この発振信号は発振器４１０の外部端子からコントローラー４２０，４３０，４４０に出力され、例えばクロック信号として用いられる。

バッテリー４５０は、発振器４１０及びコントローラー４２０，４３０，４４０に電力を供給する。バックアップ用バッテリー４６０は、バッテリー４５０の出力電圧が閾値よりも低下した時、発振器４１０及びコントローラー４２０，４３０，４４０に電力を供給する。

発振器４１０として例えば上述した本実施形態の製造方法を用いて製造した発振器１を適用することにより、信頼性の高い移動体を実現することができる。

このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。

本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１ 発振器、２ 集積回路（ＩＣ）、３ 振動子、３ａ，３ｂ 励振電極、４ パッケージ、５ リッド、６ 外部端子（外部電極）、７ａ，７ｂ 収容室、８ 封止部材、９ レーザー光源、１０ 発振回路、２０ 出力回路、３０ 周波数調整回路、３２ ＡＦＣ回路、４０ 温度補償回路、４１−１ １次電圧発生回路、４１−ｎ ｎ次電圧発生回路、４２ 加算回路、５０ 温度センサー、６０ レギュレーター回路、７０ 記憶部、７２ 不揮発性メモリー、７４ レジスター、８０ シリアルインターフェース（Ｉ／Ｆ）回路、９０ スイッチ回路、３００ 電子機器、３１０ 発振器、３１２ 集積回路（ＩＣ）、３１３ 振動子、３２０ ＣＰＵ、３３０ 操作部、３４０ ＲＯＭ、３５０ ＲＡＭ、３６０ 通信部、３７０ 表示部、４００ 移動体、４１０ 発振器、４２０，４３０，４４０ コントローラー、４５０ バッテリー、４６０ バックアップ用バッテリー

Claims (7)

1. 振動子と、前記振動子を発振させるための集積回路とを含み、前記集積回路が温度センサーを有する発振器の製造方法であって、
   容器に前記集積回路を搭載する工程と、
   前記容器に前記振動子を搭載する工程と、
   前記集積回路と前記振動子とが電気的に接続された状態で、前記振動子を発振させて周波数を測定し、周波数が目標周波数に近づくように調整する周波数調整工程と、を含み、
   前記周波数調整工程において、
   前記温度センサーの出力電圧に応じて前記目標周波数を変更する、発振器の製造方法。
2. 前記周波数調整工程において、
   前記温度センサーの出力電圧の変化に対して線形に前記目標周波数を変更する、請求項１に記載の発振器の製造方法。
3. 前記周波数調整工程は、１５℃以上３５℃以下の温度で行われる、請求項１又は２に記載の発振器の製造方法。
4. 前記周波数調整工程において、
   前記振動子と同じ種類の複数の振動子の周波数温度特性の測定結果に基づいて算出された、温度と前記目標周波数との対応情報に基づき、前記目標周波数を変更する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発振器の製造方法。
5. 前記発振器の周波数温度特性を測定し、測定結果に基づいて温度と前記目標周波数との対応情報を算出する工程を含み、
   前記周波数調整工程において、
   前記対応情報に基づき前記目標周波数を変更する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発振器の製造方法。
6. 前記周波数調整工程において、
   前記振動子にレーザー光を照射することにより周波数を調整する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発振器の製造方法。
7. 前記周波数調整工程において、
   前記振動子は、ＡＴカット水晶振動子である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発振器の製造方法。

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