JP5115110B2 - 圧電振動子の気密検査装置及び気密検査方法 - Google Patents

圧電振動子の気密検査装置及び気密検査方法 Download PDF

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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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。 水晶振動子の位相特性を示した図である。 吸気開閉弁と排気開閉弁の制御動作表を示す図である。 本実施形態の発振回路の構成例を示す図である。 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。 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。
符号の説明
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

Claims (7)

  1. 圧電振動素子をパッケージ内に収容している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
    記圧電振動子を加圧するための加圧チャンバと、
    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周波数を測定する測定器と、
    を備えていることを特徴とする圧電振動子の気密検査装置。
  2. 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。
  3. 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
  4. 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、を備えている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。
  5. 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。
  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。
  7. 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ている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。
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