JP6301620B2 - 発振器及び発振器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発振器及び発振器の製造方法に関する。

従来、水晶振動子と集積回路素子とを配置したパッケージの内部を真空又は窒素雰囲気中等に保ち、気密封止した水晶発振器が製造されている。図６は、従来の水晶発振器１００の構成を示す図である。従来の水晶発振器１００は、モニタ電極１１３及び１１４が設けられたパッケージ１１１を備えている。また、パッケージ１１１の内部には、水晶振動子１２０と、発振回路及び機能回路を備えた集積回路素子１３０とが設けられている。水晶振動子１２０及び集積回路素子１３０は、ループ回路を形成しており、発振信号を出力する。モニタ電極１１３及び１１４は、それぞれ、水晶振動子１２０及び集積回路素子１３０から構成されるループ回路に接続されている。

ところで、この水晶発振器１００において水晶振動子１２０の特性を測定する場合、パッケージ１１１が気密封止されているため、水晶振動子１２０単独の特性を測定することができない。また、モニタ電極１１３及び１１４に測定機器を接続して水晶振動子１２０の特性を測定する場合、集積回路素子１３０に係る負荷が影響することから、水晶振動子１２０の特性を正確に測定することができない。

このような問題に対し、パッケージの底面に水晶振動子の試験用端子を設けるとともに、この試験用端子と水晶振動子の電極とを結ぶ線路と、水晶振動子の電極と集積回路素子との線路とを切り替えるアナログスイッチを設けた水晶発振器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この水晶発振器によれば、アナログスイッチを切り替えることで、水晶振動子の試験時に試験用端子を有効とし、集積回路素子の負荷の影響を受けることなく水晶振動子の特性を測定することができる。

特開２００１−１０２８７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の水晶発振器では、線路の切り替えにアナログスイッチを用いていることから、アナログスイッチの容量性負荷による影響を受けるという問題がある。また、特許文献１に記載の水晶発振器では、アナログスイッチを切り替えるために切替信号を入力することが必要となり、測定作業が複雑になるという問題がある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、従来よりも簡単な手順で水晶振動子の特性を精度良く測定することができる発振器及び発振器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る発振器は、圧電振動子と、前記圧電振動子を発振させる発振回路と、前記圧電振動子にカソードが接続され、かつ、前記発振回路にアノードが接続されたツェナーダイオードと、前記圧電振動子に接続されたモニタ電極とを備えることを特徴とする。上記のツェナーダイオードは、短絡されていてもよい。

また、前記発振器は、前記圧電振動子の複数の端子に接続された複数のモニタ電極を備え、前記複数のモニタ電極のそれぞれと前記発振回路との間に前記ツェナーダイオードが設けられていてもよい。
また、前記発振器は、前記ツェナーダイオードのアノードに接続されたザッピング電極をさらに備えていてもよい。
また、前記発振器は、グランド電極と、前記ツェナーダイオードのアノードと前記グランド電極との間に設けられたクランプ回路と、をさらに備えていてもよい。

本発明の第２の態様に係る発振器の製造方法は、圧電振動子及び前記圧電振動子を発振させる発振回路を含む発振器を組み立てる工程と、前記モニタ電極を介して前記圧電振動子の特性を検査する振動子検査工程と、前記振動子検査工程の後に、前記ツェナーダイオードのアノードとカソードとの間に、所定の電圧を印加することにより、前記ツェナーダイオードを短絡状態にするザッピング工程と、前記ザッピング工程の後に、前記圧電振動子及び前記発振回路を含む前記発振器の特性を検査する発振器検査工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも簡単な手順で水晶振動子の特性を精度良く測定することができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る発振器の外観図である。 第１の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。 第１実施形態に係る発振器の製造の流れを示すフローチャートと、発振器の状態を示す図である。 第２の実施形態に係る発振器の外観図である。 第２の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。 従来の発振器の構成を示す図である。

＜第１の実施形態＞
［発振器１の構成］
図１は、第１の実施形態に係る発振器１の外観図である。図２は、第１の実施形態に係る発振器１の構成を示す図である。
発振器１は、パッケージ１１と、パッケージ１１の内部を密閉するカバー１２とを備える。
パッケージ１１の側面には、モニタ電極１３及び１４と、ザッピング電極１５及び１６とが設けられている。モニタ電極１３及び１４と、ザッピング電極１５及び１６とは、それぞれ異なる面に設けられている。また、モニタ電極１３及び１４は、互いに対向する位置に設けられている。ザッピング電極１５及び１６も、互いに対向する位置に設けられている。

パッケージ１１の内部には、図２に示すように、圧電振動子としての水晶振動子２０と、集積回路素子３０とが設けられている。

水晶振動子２０は、例えば、ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動子（ＡＴカット水晶振動子）である。水晶振動子２０には、第１端子と第２端子とが設けられている。水晶振動子２０の第１端子は、モニタ電極１３及び発振用電極３１に接続されている。
集積回路素子３０は、発振用電極３１及び３２と、ザッピング電極３３及び３４と、発振回路３５と、機能回路３６と、ツェナーダイオード３７及び３８とを備える。水晶振動子２０の第２端子は、モニタ電極１４及び発振用電極３２に接続されている。

発振用電極３１は、モニタ電極１３及び水晶振動子２０の第１端子と接続されているとともに、ツェナーダイオード３７のカソードと接続されている。
発振用電極３２は、モニタ電極１４及び水晶振動子２０の第２端子と接続されているとともに、ツェナーダイオード３８のカソードと接続されている。

ザッピング電極３３は、ザッピング電極１５と接続されているとともに、ツェナーダイオード３７のアノードと接続されている。
ザッピング電極３４は、ザッピング電極１６と接続されているとともに、ツェナーダイオード３８のアノードと接続されている。

発振回路３５は、水晶振動子２０を発振させて、発振信号を出力する。発振回路３５には第１端子と第２端子とが設けられている。
発振回路３５の第１端子は、ツェナーダイオード３７のアノードに接続されており、当該ツェナーダイオード３７及び発振用電極３１を介して水晶振動子２０の第１端子に接続されている。

発振回路３５の第２端子は、ツェナーダイオード３８のアノードに接続されており、当該ツェナーダイオード３８及び発振用電極３２を介して水晶振動子２０の第２端子と接続されている。
機能回路３６は、発振回路３５に接続されている。機能回路３６は、例えば、温度補償回路や電圧制御回路である。

ツェナーダイオード３７は、モニタ電極１３と発振回路３５との間に設けられている。具体的には、ツェナーダイオード３７は、アノードが、発振回路３５の第１端子及びザッピング電極３３に接続され、カソードが、発振用電極３１を介してモニタ電極１３と水晶振動子２０の第１端子とに接続されている。
ツェナーダイオード３８は、モニタ電極１４と発振回路３５との間に設けられている。具体的には、ツェナーダイオード３８は、アノードが発振回路３５の第２端子及びザッピング電極３４に接続され、カソードが、発振用電極３２を介してモニタ電極１４と水晶振動子２０の第２端子とに接続されている。

ツェナーダイオード３７及び３８は、ザッピングされる前の状態において、水晶振動子２０から見ると開放状態となる。また、ツェナーダイオード３７及び３８は、ブレークダウン電圧以上の電圧を印加することにより渦電流を流すザッピングが行われると破壊され、短絡状態となる。

［製造フロー］
続いて、本実施形態の発振器１の製造方法について説明する。図３は、第１実施形態に係る発振器１の製造の流れを示すフローチャートと、発振器１の状態を示す図である。

まず、発振器を組み立てる組立工程を行う。具体的には、集積回路素子３０に必要な部品や水晶振動子２０を用意し、水晶振動子２０及び発振回路３５を含む発振器１を組み立てる（Ｓ１）。発振器１を組み立てた状態では、ツェナーダイオード３７及び３８は、ザッピングされていない。よって、ツェナーダイオード３７及び３８は、水晶振動子２０から見ると、図３に示すように開放状態にある。

続いて、モニタ電極１３及び１４を介して水晶振動子２０の特性を検査する検査工程を行う。具体的には、発振器１のモニタ電極１３及び１４に、測定機器を接続させ、水晶振動子２０の特性を検査する（Ｓ２）。水晶振動子２０の特性を検査する時点において、ツェナーダイオード３７及び３８は、ザッピングされておらず、水晶振動子２０から見ると開放状態にある。そして、モニタ電極１３及び１４と、発振回路３５との間に、ツェナーダイオード３７及び３８が設けられていることから、測定機器は、発振回路３５の負荷の影響を受けることなく水晶振動子２０の特性を正確に測定することができる。

続いて、ツェナーダイオード３７及び３８を短絡状態にするザッピング工程を行う。具体的には、検査工程の後に、モニタ電極１３及びザッピング電極１５に対して電源を接続し、ツェナーダイオード３７のアノードとカソードとの間に、ブレークダウン電圧（例えば、２４Ｖ）以上の直流電圧を印加することにより、ツェナーダイオード３７をザッピングする（Ｓ３）。同様に、モニタ電極１４及びザッピング電極１６に対して電源を接続し、ツェナーダイオード３８のアノードとカソードとの間に、ブレークダウン電圧以上の直流電圧を印加することによりツェナーダイオード３８をザッピングする。これにより、ツェナーダイオード３７及び３８を図３に示すように短絡状態とし、水晶振動子２０と発振回路３５とを導通させることができる。ここで、ツェナーダイオード３７及び３８には直流電圧を印加することから、水晶振動子２０は振動せず、破壊されない。

続いて、モニタ電極１３及び１４を介して発振器１の調整・検査を行う調整・検査工程を行う（Ｓ４）。具体的には、発振器１のモニタ電極１３及び１４に、調整機器を接続させ、Ｓ２において測定された水晶振動子２０の特性に基づいて、例えば、機能回路３６に設けられているＥＥＰＲＯＭ（不図示）に対して調整用パラメータを書き込む。その後、発振器１のモニタ電極１３及び１４に、測定機器を接続させ、調整後の発振器１の特性を検査する。

［第１実施形態の効果］
以上のとおり、第１実施形態に係る発振器１は、水晶振動子２０と、水晶振動子２０を発振させる発振回路３５と、水晶振動子２０にカソードが接続され、かつ、発振回路３５にアノードが接続されたツェナーダイオード３７及び３８と、水晶振動子２０に接続されたモニタ電極１３及び１４とを備える。

これにより、水晶振動子２０の特性を検査する時点において、ツェナーダイオード３７及び３８によって、水晶振動子２０と、集積回路素子３０との間を開放状態にすることができる。このため、測定機器は、集積回路素子３０の負荷の影響を受けることなく水晶振動子２０の特性を正確に測定することができる。また、水晶振動子２０の特性を測定した後は、ツェナーダイオード３７及び３８をザッピングすることによって、水晶振動子２０と、集積回路素子３０とを導通させ、発振器１として動作させることができる。したがって、発振器１は、従来よりも簡単な手順で水晶振動子２０の特性を精度良く測定することができる。

＜第２の実施形態＞
続いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の発振器１は、グランド電極を備え、当該グランド電極を用いてツェナーダイオード３７及び３８をザッピングする点で第１の実施形態と異なり、その他の点では同じである。

図４は、第２の実施形態に係る発振器１の外観図である。また、図５は、第２の実施形態に係る発振器１の構成を示す図である。
図４に示すように、パッケージ１１の表面には、グランド電極１７が設けられている。また、パッケージ１１の側面には、モニタ電極１３及び１４が設けられている。モニタ電極１３及び１４は、互いに対向する位置に設けられている。

図５に示すように、発振器１は、パッケージ１１の内部に、水晶振動子２０と、集積回路素子３０とが設けられている。
集積回路素子３０は、発振用電極３１及び３２と、発振回路３５と、機能回路３６と、ツェナーダイオード３７及び３８と、グランド電極３９と、クランプ回路４０及び４１とを備える。

発振用電極３１は、モニタ電極１３及び水晶振動子２０の第１端子と接続されているとともに、ツェナーダイオード３７のカソードと接続されている。
発振用電極３２は、モニタ電極１４及び水晶振動子２０の第２端子と接続されているとともに、ツェナーダイオード３８のカソードと接続されている。

発振回路３５の第１端子は、ツェナーダイオード３７のアノードに接続されており、当該ツェナーダイオード３７及び発振用電極３１を介して水晶振動子２０の第１端子に接続されている。
発振回路３５の第２端子は、ツェナーダイオード３８のアノードに接続されており、当該ツェナーダイオード３８及び発振用電極３２を介して水晶振動子２０の第２端子と接続されている。

ツェナーダイオード３７は、アノードが、発振回路３５の第１端子に接続されているとともに、クランプ回路４０及びグランド電極３９を介してグランド電極１７に接続されている。また、ツェナーダイオード３７は、カソードが、発振用電極３１を介してモニタ電極１３と水晶振動子２０の第１端子とに接続されている。
ツェナーダイオード３８は、アノードが、発振回路３５の第２端子に接続されているとともに、クランプ回路４１及びグランド電極３９を介してグランド電極１７に接続されている。また、ツェナーダイオード３８は、カソードが、発振用電極３２を介してモニタ電極１４と水晶振動子２０の第２端子とに接続されている。

ツェナーダイオード３７及び３８は、ブレークダウン電圧未満の電圧が印加されている状態において、水晶振動子２０から見て開放状態にある。また、ツェナーダイオード３７及び３８は、ブレークダウン電圧以上の電圧が印加されると破壊され、短絡状態となる。

クランプ回路４０は、ツェナーダイオード３７のアノードとグランド電極１７との間に設けられている。クランプ回路４１は、ツェナーダイオード３８のアノードとグランド電極１７との間に設けられている。クランプ回路４０及び４１は、２つのダイオードを異なる極性同士で並列接続したダイオードクリップ回路を２つ直列に接続した回路である。クランプ回路４０及び４１は、発振器１の動作電圧よりも高い所定電圧（例えば、１．４Ｖ）以上の電圧が印加されると導通する。これにより、発振器１から発振信号を出力させる際は、発振器１は、発振回路３５とグランド電極１７とは開放状態となり、グランド電極１７に対して信号が出力されない。

［製造フロー］
続いて、第２の実施形態の発振器１の製造方法について説明する。第２の実施形態の発振器１の製造の流れは、第１実施形態に係る発振器１の製造の流れと同様であるので、図３を用いて説明を行う。

まず、集積回路素子３０に必要な部品及び水晶振動子２０等を用意し、発振器１を組み立てる（Ｓ１）。
続いて、モニタ電極１３及び１４を介して水晶振動子２０の特性を検査する検査工程を行う。具体的には、発振器１のモニタ電極１３及び１４に、測定機器を接続させ、水晶振動子２０の特性を検査する（Ｓ２）。検査工程において、ツェナーダイオード３７及び３８は、ザッピングされておらず、水晶振動子２０と、集積回路素子３０とが開放状態にある。よって、測定機器は、発振回路３５と、クランプ回路４０及び４１との負荷の影響を受けることなく水晶振動子２０の特性を正確に測定することができる。

続いて、ツェナーダイオード３７及び３８を短絡状態にするザッピング工程を行う（Ｓ３）。具体的には、検査工程の後に、モニタ電極１３及びグランド電極１７に対して電源を接続し、ツェナーダイオード３７のアノードとカソードとの間に、ブレークダウン電圧以上の直流電圧を印加することによりツェナーダイオード３７をザッピングする。ここで、クランプ回路４０が導通する電圧は、ブレークダウン電圧に比べて小さいことから、クランプ回路４０が導通し、その結果、ツェナーダイオード３７に対して電流が流れる。よって、ブレークダウン電圧以上の直流電圧を印加することによりツェナーダイオード３７をザッピングすることができる。

同様に、モニタ電極１４及びグランド電極１７に対して電源を接続し、ツェナーダイオード３８のアノードとカソードとの間に、ブレークダウン電圧以上の直流電圧を印加することによりツェナーダイオード３８をザッピングする。これにより、ツェナーダイオード３７及び３８を図３に示すように短絡状態とし、水晶振動子２０と発振回路３５とを導通させることができる。
続いて、モニタ電極１３及び１４を介して発振器１の調整・検査を行う調整・検査工程を行う（Ｓ４）。

［第２実施形態の効果］
以上のとおり、第２実施形態に係る発振器１は、ツェナーダイオード３７及び３８のアノードとグランド電極１７との間にクランプ回路４０及び４１を設けられている。そして、ザッピング工程において、モニタ電極１３及び１４と、グランド電極１７との間に、ツェナーダイオード３７及び３８のブレークダウン電圧以上の電圧を印加してツェナーダイオード３７及び３８をザッピングすることができる。
これにより、第１の実施形態に比べて、パッケージ１１に設けられる電極の数を減らした状態でもツェナーダイオード３７及び３８をザッピングすることができるので、より簡単な構成で水晶振動子２０の特性を精度良く測定することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１・・・発振器、１１・・・パッケージ、１２・・・カバー、１３、１４・・・モニタ電極、１５、１６・・・ザッピング電極、１７・・・グランド電極、２０・・・水晶振動子、３０・・・集積回路素子、３１、３２・・・発振用電極、３３、３４・・・ザッピング電極、３５・・・発振回路、３６・・・機能回路、３７、３８・・・ツェナーダイオード、３９・・・グランド電極、４０、４１・・・クランプ回路、１００・・・従来の水晶発振器、１１１・・・パッケージ、１１３、１１４・・・モニタ電極、１２０・・・水晶振動子、１３０・・・集積回路素子

Claims (4)

1. 圧電振動子と、
   前記圧電振動子を発振させる発振回路と、
   前記圧電振動子にカソードが接続され、かつ、前記発振回路にアノードが接続されたツェナーダイオードと、
   前記圧電振動子に接続されたモニタ電極と、
   グランド電極と、
   前記ツェナーダイオードのアノードと前記グランド電極との間に設けられたクランプ回路と、
   を備える発振器。
2. 前記圧電振動子の複数の端子に接続された複数のモニタ電極を備え、
   前記複数のモニタ電極のそれぞれと前記発振回路との間に前記ツェナーダイオードが設けられている、
   請求項１に記載の発振器。
3. 前記ツェナーダイオードが短絡している、
   請求項１又は２に記載の発振器。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の発振器の製造方法であって、
   圧電振動子及び前記圧電振動子を発振させる発振回路を含む発振器を組み立てる工程と、
   前記モニタ電極を介して前記圧電振動子の特性を検査する振動子検査工程と、
   前記振動子検査工程の後に、前記モニタ電極と前記グランド電極とに対して電源を接続し、前記ツェナーダイオードのアノードとカソードとの間に、所定の電圧を印加して前記クランプ回路を導通させることにより、前記ツェナーダイオードを短絡状態にするザッピング工程と、
   前記ザッピング工程の後に、前記圧電振動子及び前記発振回路を含む前記発振器の特性を検査する発振器検査工程と、
   を備える、
   発振器の製造方法。
   
   

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