JP5326219B2

JP5326219B2 - 圧電振動素子の周波数測定方法

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Description

本発明は、圧電振動素子や圧電振動デバイスの周波数測定方法に関する。

現在、圧電振動デバイスとして、例えば、圧電振動デバイスや、圧電振動デバイス内に設けられた圧電振動片などが挙げられる。この圧電振動デバイスでは、圧電振動片がパッケージ（ベース）とキャップとにより気密封止されている。

上記した圧電振動素子は、その製造工程において複数回周波数特性測定を行い、その測定結果に応じて周波数範囲毎の分類を行ったり、後工程における調整量を加減している。例えばＡＴカット水晶振動素子においては、複数の水晶振動素子を研磨工程にて所定厚さにまで機械加工を行う。研磨工程では複数段階の研磨により可能な限り周波数を追い込むが、研磨精度の限界により周波数バラツキが生じる。特にその厚さで周波数が決定されるＡＴカット水晶振動素子においては、周波数バラツキが顕在化する場合があった。このような場合、圧電振動子の各製造段階で圧電振動素子あるいはパッケージ組み込んだ状態で周波数の測定を行い、周波数帯毎に分類したうえで後工程を進めていた。

圧電振動素子の周波数特性測定は、例えば特開昭６１−２５０２９号（引用文献１）に示すような装置を用いて行う。引用文献１は、電極間に挿入した振動基板の共振周波数の計測にあたり、共振周波数近傍で電極間隙を変化させ、該間隙変化の前後の周波数計測により共振周波数を算出することを特徴とする振動基板の周波数特性測定装置に関するものであるが、基本的には電極３上に振動基板（圧電振動素子）を搭載し、電極２を振動基板の上面から近接させた状態で交流電界を電極間に印加して周波数を計測する構成（エアギャップ方式）を採用している。

また圧電振動素子をパッケージに組み込んだ構成においては、図１に示すような周波数特性調整装置を用いてパッケージの外部接続端子Ｅに測定端子当接させ周波数の測定を行っていた。
特開昭６１−２５０２９号公報

圧電振動素子の周波数を測定する場合、例えばネットワークアナライザを用いて、特定の周波数範囲の周波数を設定したポイント毎に与え、そこから得られるゲインに基づいて測定を行う。

一般にネットワークアナライザは前記周波数測定に係る時間を任意に設定することができ、ＩＦＢＷ（測定分解能）を設定することにより、周波数測定に係る時間を任意に設定することができる。ＩＦＢＷは予め設定した各周波数測定ポイントに対してかける時間のことであり、例えばＩＦＢＷ１０００Ｈｚは1ポイントを１０００分の１秒で測定することを意味している。

周波数測定に係る作業効率の観点からＩＦＢＷが高い短時間測定（高速測定）すなわち単位時間あたりの測定ポイント数が多い方が好ましいが、この場合、１ポイントにかける測定時間が十分にはとれず、圧電振動素子の特性が測定時間内に安定せず、誤測定や測定バラツキが大きくなることがあった。このような問題を回避するために、ＩＦＢＷが低い長時間測定（低速測定）すなわち単位時間あたりの測定ポイント数を少なくすることにより、できるだけ真の共振周波数を測定することができるようにしていた。

しかしながら、このような低速測定では周波数測定の作業効率が著しく低下し、生産性を低下させる要因となっていた。特に低周波の圧電振動子においては測定精度を確保するためＩＦＢＷをかなり低くする設定する必要があり、全体として生産性が大きく低下することがあった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、周波数測定の作業効率を向上させ、かつ測定誤差の少ない圧電振動素子の周波数測定方法を提供することを目的とするものである。

本発明は前記低速測定と前記高速測定による測定結果のズレ（測定共振周波数差）がほぼ一定範囲に収まることを知見し、当該ズレに基づいて補正値を生成し、これを低速測定よりも速い高速測定の結果に適用することにより、高速かつ実用的な精度を有する周波数測定が行えることに着目したものであり、次のような方法により実現したものである。

上記の目的を達成するため、本発明は請求項１に示すように、複数の圧電振動素子について共振周波数を順次測定する方法であって、圧電振動素子に対して測定周波数範囲を設定し、当該測定周波数範囲内で測定する周波数の測定ポイントを複数設定する測定設定工程と、複数の圧電振動素子のうちの一部の圧電振動素子に対し所定測定時間内に前記各測定ポイントの周波数を順次与え、各測定ポイントから得られるゲイン特性または位相特性または直列抵抗特性に基づいて当該圧電振動素子の周波数の測定データを得て、測定共振周波数を得る実測工程と、前記複数の圧電振動素子のうちの一部の前記圧電振動素子に対して前記測定工程より短い測定時間内に前記各測定ポイントの周波数を順次与え、各測定ポイントから得られるゲイン特性または位相特性または直列抵抗特性に基づいて当該圧電振動素子の周波数の測定データを得て、測定共振周波数を得る高速実測工程と、前記測定工程と高速実測工程の測定共振周波数差に基づいて補正値を得る補正値取得工程と、複数の圧電振動素子のうちの残りの圧電振動素子に対して前記高速測定工程を実行し、ここで得られた測定共振周波数に前記補正値を適用して共振周波数を得る共振周波数取得工程と、からなる圧電振動素子の共振周波数測定方法を特徴としている。

また請求項２に示すように、上記圧電振動素子の共振周波数測定方法において、前記実測工程と前記高速実測工程との測定バラツキが所定範囲外の場合、前記高速実測工程に係る測定時間を測定バラツキが所定範囲内に収まる時間に長く設定したことを特徴とする方法であってもよい。

前記高速実測工程は前記測定工程より短い測定時間内に１つ設定してもよいし、測定時間の異なる高速実測工程を複数設定してもよい。実測工程と１つの高速実測工程の合計２つの速度の測定を行う場合は、両者の測定共振周波数差に基づいて補正値を得るようにすればよい。

また実測工程と複数の高速実測工程を有する場合、例えば実測工程と第１の高速実測工程と、当該第１の実測工程より高速な測定（より短い測定時間による測定）となる第２の高速実測工程の合計３つの速度で実測を行う。なお、実測工程と第１の高速実測工程との測定共振周波数差と、実測工程と第２の高速実測工程との測定共振周波数差はそれぞれの平均値が異なっており、高速実測であるほど実測工程との測定共振周波数差は拡がる傾向になることを発明者は知見した。

この場合、いずれの高速実測工程を採用するかの検討が必要となるが、例えば測定共振周波数差のバラツキにより判断すればよい。具体的には実測工程と第１の高速実測工程との測定共振周波数差と、実測工程と第２の高速実測工程との測定共振周波数差のバラツキがいずれも所定の範囲に入っていれば、作業効率を考慮してより高速測定の行える第２の高速実測工程を採用し、実測工程と第２の高速実測工程との測定共振周波数差に基づく補正値を適用して共振周波数を求めればよい。また、実測工程と第１の高速実測工程との測定共振周波数差のバラツキのみが、所定の範囲に入っていれば、第１の高速実測工程を採用し、実測工程と第１の高速実測工程との測定共振周波数差に基づく補正値を適用して共振周波数を求めればよい。すなわちバラツキ状況により高速実測工程の選択と、これに基づく補正値が決定される。

なお、前記第１の高速実測工程と第２の高速実測工程に基づく実測工程との測定共振周波数差のバラツキが両者とも所定範囲外であれば、第１の高速実測工程よりも低速の実測工程を行い、バラツキが所定範囲内に収まるまで測定時間を順次長くしていけばよい。バラツキの許容範囲は要求される周波数測定精度にも依存するが、標準偏差等の統計手法によりバラツキ範囲を設定すればよい。

ところで補正値を求めるための実測工程と高速実測工程は、例えば数１０〜数１００個程度を用いればよく、１つの圧電振動素子に対して、実測工程と高速実測工程を連続して行えばよい。このような２以上測定を順次圧電振動素子毎に行い、この測定結果に基づいて測定共振周波数差を求める。補正値はこのような測定共振周波数差の複数データの平均値を適用してもよいし、測定共振周波数差が大きすぎる予定範囲外の値については補正値の基礎データから除外する等の異常値除去処理を行って、補正値の信頼性を向上させてもよい。例えば、取得した測定共振周波数差のデータについて標準偏差を算出し、当該標準偏差の３倍の幅に対応する範囲内のデータに基づいて相加平均をとり、ここで得られた値を補正値としてもよい。

上記圧電振動素子の共振周波数測定方法によれば、圧電振動素子に対し所定測定時間内に前記各測定ポイントの周波数を順次与え、各測定ポイントから得られるゲイン特性または位相特性または直列抵抗特性に基づいて当該圧電振動素子の周波数の測定データを得て、測定共振周波数を得る実測工程と、前記圧電振動素子に対して測定工程より短い所定測定時間内に前記各測定ポイントの周波数を順次与え、各測定ポイントから得られるゲインに基づいて当該圧電振動素子の周波数の測定データを得て、測定共振周波数を得る高速実測工程、の複数の速度の実測から測定共振周波数差を得て、これに基づいて補正値を得ている。そして他の圧電振動素子に対して前記高速実測工程を実行し、ここで得られた測定共振周波数に前記補正値を適用して共振周波数を得る共振周波数取得工程と、を有する構成であるので、高速かつ実用的な精度の共振周波数測定を行うことができる。すなわち、請求項１によれば、補正値を求めるための測定は複数の工程を必要とするが、補正値が求められた後は測定時間の短い高速実測工程のみを行い、ここで得られたデータに対して、補正値を適用することにより共振周波数を求めている。従って、複数の圧電振動素子の共振周波数測定を行うにあたっては、全体として時間短縮ができかつ実用的な精度の測定を行うことができる。

また請求項２によれば、上記圧電振動素子の共振周波数測定方法において、前記実測工程と前記高速実測工程との測定バラツキが所定範囲外の場合、前記高速実測工程に係る測定時間を測定バラツキが所定範囲内に収まる時間に長く設定する共振周波数測定方法であるので、補正値の設定において適切な選定を行うことができ、最終的には高速かつ実用的な精度の共振周波数測定を行うことができる。

なお、前記共振周波数取得工程において、得られた共振周波数のバラツキをモニタリングして、バラツキが所定範囲外になった場合、再度実測工程と高速実測工程を実施し、これに基づいて設定された速度の高速実測工程を適用して、共振周波数取得工程を行ってもよい。

本発明によれば、周波数測定の作業効率を向上させ、かつ測定誤差の少ない圧電振動素子の周波数測定方法を得ることができた。

本発明による実施の形態について図面を参照して説明する。図１はワークに対して周波数測定を行う周波数特性測定装置の模式図であり、図２は本発明による実測工程と高速実測工程による実測共振周波数の波形図を示す図、図３は本発明による実測工程と２つの高速実測工程による実測共振周波数の波形図を示す図である。

図１に示すように、周波数特性測定装置はワークＷを一時的に収納し、電気的接続を行う測定治具１と、測定治具１と接続されるπ（パイ）回路２１，２２と、π回路２１，２２と接続されるネットワークアナライザ３と、ネットワークアナライザ３に接続されるＰＣ４とからなる。

ワークＷは、例えば表裏に励振電極が形成されたＡＴカット水晶振動板がパッケージに収納され導電接合された構成で、気密封止前の状態となっている。なお、パッケージの下面には外部接続端子Ｅが形成されている。

前記ワークＷを一時的に収納し、電気的接続を行う測定治具１は、セラミックあるいは樹脂等の絶縁体からなり、一部表面および内部に電気配線が施されている。また測定治具１は断面でみて凹形のワーク収納部１１と、ワーク収納部内の底面に形成された接続端子１２，１３と、当該接続端子１２，１３と導電接合された導出端子１４，１５を有している。

また前記導出端子１４はπ回路２１に、前記導出端子１５はπ回路２２に各々ケーブルにより電気的に接続され、また各π回路からネットワークアナライザ３のコネクタに電気的に接続されている。さらにネットワークアナライザ３にはＰＣ（パーソナルコンピュータ）４がインターフェイスを介して接続されている。

前記π回路はJIS C6701にて定められているπ回路測定法を実施するために用いる。またπ回路２１，２２はネットワークアナライザ３に導電ケーブルにより各々電気的に接続されている。ネットワークアナライザ３は周知のとおり、例えば被測定物である圧電振動素子に関して所定の周波数範囲に各測定ポイントを設定し、各測定ポイントに所定の周波数を印加し、ここから得られるゲイン特性、位相特性、直列抵抗特性（ＣＩ特性）などの測定を行い、これに基づき当該圧電振動素子の周波数特性を測定するものである。例えば、測定する周波数範囲を９.７９９９３５〜９.８０００６５ＭＨｚに設定し、この間に測定ポイントを８０１ポイントに設定し、この各ポイントに対して上記周波数範囲の周波数を与え、ここから得られるゲイン特性の測定を行う。

ＰＣ４はＣＰＵやメモリ等を有し、ネットワークアナライザ３のインターフェイス（例えばＧＰ−ＩＢ）を介して接続されている。ＰＣ４はネットワークアナライザ３の測定周波数範囲、測定ポイント数、測定分解能などの設定を行う。ＰＣ４からの測定開始命令によりネットワークアナライザは設定されている全測定ポイントの測定を行う。

次に上記装置を用いて具体的に補正された周波数特性データを得る方法について説明する。本実施の形態においては、５０００個／ロットの前記ワーク（目標周波数２５．０００ＭＨｚ）について周波数測定の対象とし、このうち最初の１００個について実測工程と１つの高速実測工程を実行し、これに基づいて圧電振動素子の共振周波数測定を行う方法を例示する。

（ａ）測定設定工程（周波数測定ポイント設定工程）
測定する圧電振動素子Ｗの周波数に応じて周波数測定範囲を設定し、当該周波数測定範囲に等間隔スパンあるいは任意のスパンで多数の測定ポイントを設定する。例えば、測定する周波数範囲を９.７９９９３５〜９.８０００６５ＭＨｚに設定し、この間に測定ポイントを８０１ポイントに設定し、この各ポイントに対して上記周波数範囲の周波数を与え、ここから得られるゲイン特性の測定を行う。当該周波数測定範囲および測定ポイント数はネットワークアナライザ３の測定能力に依存するが、一般に測定範囲と測定ポイント（測定スパン）はトレードオフの関係にあるので測定精度を考慮して設定する必要がある。

（ｂ）実測工程（被測定物に対する低速による周波数測定）
上記各工程後、ワークＷに対して所定測定時間内に前記各測定ポイントの周波数を順次与え、各測定ポイントから得られるゲイン特性に基づいて当該圧電振動素子の周波数の測定データを得て、測定共振周波数を得る実測工程を行う。なお、ゲイン特性に代えて位相特性あるいは直列抵抗特性に基づいて測定データを得てもよい。

具体的には、ワークＷを測定治具のワーク収納部１１に収納し、ワークＷの複数の外部接続端子Ｅと接続端子１２，１３を各々接触させる。この状態で、ネットワークアナライザからπ回路を介して、ＩＦＢＷが１０００Ｈｚの速度で周波数（交流電圧）を与えて、ここから得られるゲイン特性をネットワークアナライザから実測データを取得する。実測ポイントは前記測定設定工程で設定した各ポイントであり、順次ポイント毎に設定された周波数を与える。測定は低周波数側から高周波数側に順次各ポイントについて行ってもよいし、逆に高周波数側から低周波数側に順次各ポイントについて行ってもよい。

（ｃ）高速実測工程（被測定物に対する高速による周波数測定）
上記実測工程につづいて、前記ワークＷに対して前記測定工程より短い所定測定時間内に前記各測定ポイントの周波数を順次与え、各測定ポイントから得られるゲインに基づいて当該圧電振動素子の周波数の測定データを得て、測定共振周波数を得る高速実測工程を行う。

具体的には、前記実測工程の状態を保ち、ネットワークアナライザからπ回路を介して、ＩＦＢＷが５０００Ｈｚの速度で各外部接続端子に周波数（交流電圧）を与えて、ここから得られるゲイン特性をネットワークアナライザから得て、実測データを取得する。実測ポイントは前記測定設定工程で設定した各ポイントであり、順次ポイント毎に設定された周波数を与える。測定は低周波数側から高周波数側に順次各ポイントについて行ってもよいし、逆に高周波数側から低周波数側に順次各ポイントについて行ってもよい。

図２は１つのワークについて、上記実測工程と高速実測工程で得られた各々の実測データを重ね合わせた波形図を示している。図２において、共振点ｆ０は実測工程（ＩＦＢＷが１０００Ｈｚ）に基づくものであり、共振点ｆ１は高速実測工程（ＩＦＢＷが５０００Ｈｚ）に基づくものである。ｆ０−ｆ１に周波数差ｔ１が生じている。

１つのワークについて、このような複数のデータを取得し、これをネットワークアナライザからＰＣに転送し、ＰＣ側のメモリに格納する。このような処理を１００個の圧電振動素子について行う。すなわち、１つの圧電振動素子に対して、実測工程と高速実測工程を行い、その測定データをメモリに格納して、続いて次の圧電振動素子の測定を行い、これを順次繰り返し１００個の圧電振動素子についてデータ取得を行う。

（ｄ）補正値取得工程
前記測定工程と高速実測工程の測定共振周波数差に基づいて補正値を得る補正値取得工程を行う。上述したとおり、５０００個／ロットの圧電振動素子（最終目標周波数９．８ＭＨｚ）について周波数測定の対象とし、このうち最初の１００個について実測工程と１つの高速実測工程を実行しているので、最初の１００個について測定共振周波数差の平均値を得ることができる。平均値算出にあたっては、その精度を向上させるために測定における異常値除去処理を行ってもよい。例えば取得した測定共振周波数差のデータについて標準偏差をとり、標準偏差の３倍の幅に対応する範囲内のデータに基づいて相加平均をとることにより、ここで得られた値を補正値としてもよい。なお、上記標準偏差を基準とした範囲設定は、３倍に限定されることなく、バラツキ状況に応じて決定すればよい。以上の演算処理により、前記平均値を補正値として算出し、前記ＰＣのメモリに格納する。

（ｅ）共振周波数取得工程
次に残りの圧電振動素子に対して前記高速測定工程を実行し、ここで得られた測定共振周波数に前記補正値を適用して共振周波数を得る共振周波数取得工程を実行する。前述のとおり、高速実測工程の周波数は前記実測工程より高い周波数で実測される。従って、前記高速測定工程により得られた測定共振周波数に対して、前記補正値（周波数差）を減算することにより、共振周波数を得ることができる。例えば、補正値が１３Ｈｚであり、高速測定工程にて９.８０００８０ＭＨｚで実測された場合、当該圧電振動素子の共振周波数は９.８０００６７ＭＨｚとなる。補正値を適用して得られた共振周波数はＰＣのメモリに格納される。

なお、上記実施形態において、ワーク総数５０００個とし、ワーク全てを実測工程（Ｉ０個に対し最初の１００個については実測工程（ＩＦＢＷが１０００Ｈｚ）と高速実測工程（ＩＦＢＷが５０００Ｈｚ）を行い、その後は補正値取得工程で取得した補正値を適用した共振周波数取得工程により測定を行った場合（本発明測定方法）について、測定に係る時間を測定した。従来測定方法によると、合計４００５秒であるのに対し、本発明測定方法では８８１秒と約４．５倍程度の測定時間の短縮をはかることができ、なおかつここで得られる周波数はほぼ真値（本来の共振周波数）に近い値となっていることを確認できた。

次に本発明による圧電振動素子の共振周波数測定方法について、２つの高速実測工程を用いた例について説明する。本実施の形態においては、電極形成された圧電振動素子がパッケージに保持され、周波数調整を完了した後であって、気密封止する前の圧電振動子についてその周波数を測定するものである。パッケージ外部には圧電振動子の入出力端子が設けられている。１００００個／ロットの圧電振動子（水晶振動子、目標周波数４．０ＭＨｚ）について周波数測定の対象とし、このうち最初の５００個について実測工程と２つの高速実測工程を実行し、これに基づいて圧電振動素子の共振周波数測定を行う方法を例示する。

（ａ）測定設定工程（周波数測定ポイント設定工程）
測定するワークＷの周波数に応じて周波数測定範囲を設定し、当該周波数測定範囲に等間隔スパンあるいは任意のスパンで多数の測定ポイントを設定する。例えば、測定する周波数範囲を３.９９９８７５〜４.０００１２５ＭＨｚに設定し、この間に測定ポイントを８０１ポイントに設定し、この各ポイントに対して上記周波数範囲の周波数を掃引して与え、ここから得られるゲイン特性の測定を行う。当該周波数測定範囲および測定ポイント数はネットワークアナライザ３の測定能力に依存するが、一般に測定範囲と測定ポイント（測定スパン）はトレードオフの関係にあるので測定精度を考慮して設定する必要がある。

（ｂ）実測工程（被測定物に対する低速による周波数測定）
上記工程後、被測定物である圧電振動子の入出力端子を介して圧電振動素子に対し所定測定時間内に前記各測定ポイントの周波数を順次与え、各測定ポイントから得られるゲインに基づいて当該圧電振動素子の周波数の測定データを得て、測定共振周波数を得る実測工程を行う。なお、ゲイン特性に代えて位相特性あるいは直列抵抗特性に基づいて測定データを得てもよい。

具体的には、図１に示すような周波数特性測定装置を用い、ワークＷを測定治具のワーク収納部１１に収納し、ワークＷの複数の外部接続端子Ｅと接続端子１２，１３を各々接触させる。この状態で、ネットワークアナライザからπ回路を介して、ＩＦＢＷが２００Ｈｚの速度で入出力端子間に周波数（交流電圧）を与えて、ここから得られるゲイン特性をネットワークアナライザから実測データを取得する。実測ポイントは前記測定設定工程で設定した各ポイントであり、順次ポイント毎に設定された周波数を与える。測定は低周波数側から高周波数側に順次各ポイントについて行ってもよいし、逆に高周波数側から低周波数側に順次各ポイントについて行ってもよい。

（ｃ）第１の高速実測工程（被測定物に対する第１の高速による周波数測定）
上記実測工程につづいて、前記圧電振動子に対して前記実測工程より短い所定測定時間内に前記各測定ポイントの周波数を順次与え、各測定ポイントから得られるゲインに基づいて当該圧電振動子の周波数の測定データを得て、測定共振周波数を得る高速実測工程を行う。

具体的には、実測工程と同様、ワークＷを測定治具のワーク収納部１１に収納し、ワークＷの複数の外部接続端子Ｅと接続端子１２，１３を各々接触させる。この状態で、ネットワークアナライザからπ回路を介して、ＩＦＢＷが５００Ｈｚの速度で入出力端子間に周波数（交流電圧）を与えて、ここから得られるゲイン特性をネットワークアナライザから得て、実測データを取得する。実測ポイントは前記測定設定工程で設定した各ポイントであり、順次ポイント毎に設定された周波数を与える。測定は低周波数側から高周波数側に順次各ポイントについて行ってもよいし、逆に高周波数側から低周波数側に順次各ポイントについて行ってもよい。

（ｄ）第２の高速実測工程（被測定物に対する第２の高速による周波数測定）
上記第１の高速実測工程につづいて、前記圧電振動子に対して前記第１の高速実測工程より短い所定測定時間内に前記各測定ポイントの周波数を順次与え、各測定ポイントから得られるゲインに基づいて当該圧電振動子の周波数の測定データを得て、測定共振周波数を得る高速実測工程を行う。

具体的には、前記第１の高速実測工程と同様、ワークＷを測定治具のワーク収納部１１に収納し、ワークＷの複数の外部接続端子Ｅと接続端子１２，１３を各々接触させる。この状態で、ネットワークアナライザからπ回路を介して、ＩＦＢＷが２０００Ｈｚの速度で入出力端子間に周波数（交流電圧）を与えて、ここから得られるゲイン特性をネットワークアナライザから得て、実測データを取得する。実測ポイントは前記測定設定工程で設定した各ポイントであり、順次ポイント毎に設定された周波数を与える。測定は低周波数側から高周波数側に順次各ポイントについて行ってもよいし、逆に高周波数側から低周波数側に順次各ポイントについて行ってもよい。

図３は上記実測工程と第１の高速実測工程と第２の高速実測工程で得られた各々の実測データを重ね合わせた波形図を示している。図３において、共振点ｆ０は実測工程（ＩＦＢＷが２００Ｈｚ）に基づくものであり、共振点ｆ１は高速実測工程（ＩＦＢＷが５００Ｈｚ）に基づくものであり、共振点ｆ２は高速実測工程（ＩＦＢＷが２０００Ｈｚ）に基づくものである。ｆ０−ｆ１に周波数差ｔ１（１２Ｈｚ）が、ｆ０−ｆ２に周波数差ｔ２（３０Ｈｚ）が生じている。

１つの圧電振動子について、このような複数のデータ（実測工程、第１の高速実測工程、第２の高速実測工程に基づくデータ）を取得し、これをネットワークアナライザからＰＣに転送し、ＰＣ側のメモリに格納する。このような処理を５００個の圧電振動子について行う。すなわち、１つの圧電振動子の中に格納されている圧電振動素子に対して、実測工程と２種類の高速実測工程を行い、その測定データをメモリに格納して、続いて次の圧電振動子の測定を行い、これを順次繰り返し５００個の圧電振動子についてデータ取得を行う。なお、高速実測工程を３種類以上の速度で行い、前述と同様の手法でデータ取得してもよい。

（ｅ）補正値取得工程
前記測定工程と第１の高速実測工程、および前記測定工程と第２の高速実測工程の測定共振周波数差に基づいて補正値を得る補正値取得工程を行う。本実施形態においては、まず第１の高速実測工程と第２の高速実測工程による測定バラツキを確認し、いずれの高速実測工程を適用するかを決定する。

上述したとおり、１００００個／ロットの圧電振動素子（目標周波数４．０ＭＨｚ）について周波数測定の対象とし、このうち最初の５００個について実測工程と１つの高速実測工程を実行しているので、最初の５００個について測定共振周波数差の平均値を得ることができる。まず前記測定工程と第１の高速実測工程についての測定共振周波数差の平均値並びにそのバラツキを算出する。次に前記測定工程と第２の高速実測工程についての測定共振周波数差の平均値並びにそのバラツキを調べる。バラツキ幅については事前に許容範囲を設定しておき、許容範囲内であれば当該高速実測工程を適用できることとする。

従って、前記測定工程と第１の高速実測工程、および前記測定工程と第２の高速実測工程の測定の測定バラツキが両者とも許容範囲内であれば、作業効率の観点からより高速測定を行う第２の高速実測工程を適用する。つまり、その後の共振周波数取得工程においては第２の高速実測工程を適用（高速実測工程適用情報の決定）するものとし、また補正値も前記測定工程と第２の高速実測工程の測定共振周波数差に基づいて算出された値を適用するものとする。

また前記測定工程と第１の高速実測工程の測定バラツキが許容範囲内であり、前記測定工程と第２の高速実測工程の測定の測定バラツキが許容範囲外であれば、測定精度向上の観点から第１の高速実測工程を適用する。つまり、その後の共振周波数取得工程においては第１の高速実測工程を適用（高速実測工程適用情報の決定）するものとし、また補正値も前記測定工程と第１の高速実測工程の測定共振周波数差に基づいて算出された値を適用するものとする。

なお、平均値算出にあたっては、その精度を向上させるために測定における異常値除去処理を行ってもよい。例えば取得した測定共振周波数差のデータについて標準偏差をとり、標準偏差の３倍の範囲内のデータに基づいて相加平均をとり、ここで得られた値を補正値としてもよい。以上の演算処理により、前記平均値を補正値として算出し、前述の高速実測工程適用情報とともに前記ＰＣのメモリに格納する。

ところで前述の第１の高速実測工程と第２の高速実測工程による測定バラツキが許容範囲に入らなかった場合は、実測工程と第１の高速実測工程間の速度で１つまたは２つの高速実測工程を設定し、上述の高速実測工程並びに補正値取得工程を実施して、測定精度の確保された高速実測速度および補正値を取得すればよい。

（ｆ）共振周波数取得工程
次に残りの圧電振動素子に対して補正値取得工程で決定された速度の高速測定工程を実行し、ここで得られた測定共振周波数に補正値取得工程で得られた補正値を適用して共振周波数を得る共振周波数取得工程を実行する。前述のとおり、高速実測工程の周波数は前記実測工程より高い周波数で実測される。従って、前記高速測定工程により得られた測定共振周波数に対して、前記補正値（周波数差）を減算することにより、共振周波数を得ることができる。例えば、図３においてｆ１にピークを有する第１の高速実測工程を採用した場合は、ここで測定された周波数ｆ１に前述の周波数差ｔ１（１２Ｈｚ）減算して、共振周波数を求める。具体的には第１の高速実測工程にて４.００００１２ＭＨｚで実測された場合、当該圧電振動素子の共振周波数は４.００００００ＭＨｚとなる。また、ｆ２にピークを有する第２の高速実測工程を採用した場合は、ここで測定された周波数ｆ２に前述の周波数差ｔ２（３０Ｈｚ）減算して、共振周波数を求める。具体的には第１の高速実測工程にて４.００００３０ＭＨｚで実測された場合、当該圧電振動素子の共振周波数は４.００００００ＭＨｚとなる。補正値を適用して得られた共振周波数はＰＣのメモリに格納される。

なお、上記実施の形態においては、圧電振動素子がパッケージに収納され、気密封止される前のワークについて周波数特性測定を行った例を示したが、励振電極形成前の圧電振動素子や気密封止後の圧電振動デバイスについても本発明を適用することができる。また、圧電振動素子もＡＴカット水晶振動素子以外に他の振動モードによる圧電振動素子に適用することが可能である。

なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、圧電振動素子、特に水晶振動子や水晶振動片の周波数特性測定に好適である。

周波数特性測定装置の概略構成図である。実測工程と高速実測工程による圧電振動素子の波形図である。実測工程と第１の高速実測工程と第２の高速実測工程による圧電振動素子の波形図である。

符号の説明

１測定治具
２１，２２ π回路
３ネットワークアナライザ
４ＰＣ
Ｗワーク

Claims

複数の圧電振動素子について共振周波数を順次測定する方法であって、
圧電振動素子に対して測定周波数範囲を設定し、当該測定周波数範囲内で測定する周波数の測定ポイントを複数設定する測定設定工程と、
複数の圧電振動素子のうちの一部の圧電振動素子に対し所定測定時間内に前記各測定ポイントの周波数を順次与え、各測定ポイントから得られるゲイン特性または位相特性または直列抵抗特性に基づいて当該圧電振動素子の周波数の測定データを得て、測定共振周波数を得る実測工程と、
前記複数の圧電振動素子のうちの一部の前記圧電振動素子に対して前記測定工程より短い測定時間内に前記各測定ポイントの周波数を順次与え、各測定ポイントから得られるゲイン特性または位相特性または直列抵抗特性に基づいて当該圧電振動素子の周波数の測定データを得て、測定共振周波数を得る高速実測工程と、
前記測定工程と高速実測工程の測定共振周波数差に基づいて補正値を得る補正値取得工程と、
複数の圧電振動素子のうちの残りの圧電振動素子に対して前記高速測定工程を実行し、ここで得られた測定共振周波数に前記補正値を適用して共振周波数を得る共振周波数取得工程と、
からなる圧電振動素子の共振周波数測定方法。
前記実測工程と前記高速実測工程との測定バラツキが所定範囲外の場合、前記高速実測工程に係る測定時間を測定バラツキが所定範囲内に収まる時間に長く設定したことを特徴とする請求項１記載の圧電振動素子の共振周波数測定方法。