JPH07120914B2 - Frequency tuning method for tuning fork type piezoelectric vibrator - Google Patents
Frequency tuning method for tuning fork type piezoelectric vibratorInfo
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- JPH07120914B2 JPH07120914B2 JP1054136A JP5413689A JPH07120914B2 JP H07120914 B2 JPH07120914 B2 JP H07120914B2 JP 1054136 A JP1054136 A JP 1054136A JP 5413689 A JP5413689 A JP 5413689A JP H07120914 B2 JPH07120914 B2 JP H07120914B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスイオンビームを任意に操作し、周波数調
整用パターン等に照射することにより、周波数を調整す
ることができる音叉型圧電振動子の周波数調整方法に関
する。The present invention relates to a tuning fork type piezoelectric vibrator capable of adjusting a frequency by arbitrarily operating a gas ion beam and irradiating it on a frequency adjusting pattern or the like. Frequency adjustment method.
従来、音叉型圧電振動子の周波数調整を行なう場合、Nd
3+を活性中心としたYAG（Y3Al5O12）レーザーを用いて
いた。第10図は一般的な音叉型圧電振動子について示し
た図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ′断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ′断面図を示す。
音叉型圧電振動片（２）の表面には、周波数調整用パタ
ーン（１）と励振用電極パターン（３）が形成されてお
り、励振用電極パターン（３）が形成されており、励振
用電極パターン（３）とリード部（７）との導通は接合
部（４）でとられている。（５）は絶縁部材が使用して
あり、（６）は金属でつくられている。第11図はYAGレ
ーザを用いた音叉型圧電振動子の周波数調整方法を示し
た図であり、（ａ）は音叉型圧電振動子へのレーザビー
ムの照射状況を示した図であり、（ｂ）は装置の構成を
示している。一般的な音叉型圧電振動子の場合、第10図
（ａ）に示すように音叉の主面枝部先端部に周波数調整
用パターン（１）が形成されている。第11図（ａ）に示
すようにレーザ部（９）より集光したレーザビーム
（８）を周波数調整用パターン（１）に照射し、周波数
調整用パターン（１）の部材を昇化させ、この時の質量
負荷の減少により周波数が高くなることを利用して周波
数調整が行なわれている（以下レーザＦ調という）。第
11図（ｂ）に示すように、音叉型圧電振動子は共振回路
部（10）によって共振することができ、また目的周波数
との差は周波数読み取り部（11）でチェックすることが
可能で、レーザ部（９）では周波数調整用パターンでレ
ーザビームが集光するように調整してあり、コントロー
ル部（13）では前記の共振回路部（10）、周波数読み取
り部（11）及びレーザ部（９）を制御して目的の周波数
に合わせ込むことができる。一般にチャンバー（12）内
に、大気または真空状態である。また、レーザビームは
第11図（ｂ）の周波数調整用パターン（１）の何処にで
も照射することができ、通常は最も質量負荷効果が大き
い、音叉の枝部先端部に近い方からレーザビームを照射
しトリミングを行ない、最終的な微調整としては、レー
ザビームを１スポットずつ独立させて照射する。Conventionally, when adjusting the frequency of a tuning fork type piezoelectric vibrator, Nd
A YAG (Y 3 Al 5 O 12 ) laser with 3+ as the active center was used. FIG. 10 is a view showing a general tuning fork type piezoelectric vibrator. (A) is a perspective view, (b) is A- of (a).
A'sectional view, (c) shows the BB 'sectional view of (a).
A frequency adjustment pattern (1) and an excitation electrode pattern (3) are formed on the surface of the tuning fork type piezoelectric vibrating reed (2), and the excitation electrode pattern (3) is formed. Conduction between the pattern (3) and the lead portion (7) is established at the joint portion (4). (5) uses an insulating member, and (6) is made of metal. FIG. 11 is a diagram showing a frequency adjusting method of a tuning fork type piezoelectric vibrator using a YAG laser, (a) is a diagram showing a laser beam irradiation condition to the tuning fork type piezoelectric vibrator, and ) Indicates the configuration of the device. In the case of a general tuning fork type piezoelectric vibrator, as shown in FIG. 10 (a), a frequency adjusting pattern (1) is formed at the tip of the main surface branch of the tuning fork. As shown in FIG. 11 (a), the frequency adjusting pattern (1) is irradiated with the laser beam (8) condensed by the laser unit (9) to elevate the members of the frequency adjusting pattern (1), The frequency is adjusted by utilizing the fact that the frequency is increased due to the decrease of the mass load at this time (hereinafter referred to as laser F adjustment). First
As shown in FIG. 11 (b), the tuning fork type piezoelectric vibrator can resonate by the resonance circuit section (10), and the difference from the target frequency can be checked by the frequency reading section (11). The laser section (9) is adjusted by the frequency adjustment pattern so that the laser beam is focused, and the control section (13) is arranged to have the resonance circuit section (10), the frequency reading section (11) and the laser section (9). ) Can be controlled to tune to the desired frequency. Generally, the chamber (12) is in an atmospheric or vacuum state. Further, the laser beam can be applied anywhere in the frequency adjustment pattern (1) of FIG. 11 (b), and usually the laser beam is applied from the side closer to the tip of the tuning fork branch, which has the largest mass loading effect. Is irradiated and trimming is performed, and as a final fine adjustment, the laser beam is irradiated independently for each spot.
第12図は、従来の音叉型圧電振動子の周波数調整方法で
あるレーザトリミングによる周波数調整が行なわれた後
の周波数調整用パターン部を示したものである。第12図
において、（14a）は周波数を目的とする周波数の直前
まで粗く調整するため、レーザビームを走査させ周波数
調整用パターンをトリミングした跡であり、（14b）は
周波数を目的の周波数に合わせ込むため、レーザビーム
を１ショットずつ照射しトリミングした跡である。レー
ザＦ調の場合、１ショットあたりの周波数変化量がレー
ザＦ調中にあらかじめ計算されており、最終的な微調整
の場合は、周波数の合わせ込み精度を出しやすくするた
め、ショット相互が影響されない位置にレーザビームを
照射する。FIG. 12 shows a frequency adjustment pattern portion after frequency adjustment by laser trimming, which is a conventional frequency adjustment method for tuning fork type piezoelectric vibrators, is performed. In Fig. 12, (14a) is the trace of trimming the frequency adjustment pattern by scanning the laser beam in order to adjust the frequency roughly immediately before the target frequency, and (14b) shows the frequency adjusted to the target frequency. Therefore, it is a trace of irradiating the laser beam one shot at a time and trimming. In the case of laser F-tuning, the amount of frequency change per shot is calculated in advance during laser F-tuning, and in the case of final fine adjustment, it is easy to obtain frequency matching accuracy, so shots are not affected by each other. Irradiate the position with a laser beam.
レーザＦ調は、レーザビームを周波数調整用パターンに
照射し、この時発生する熱量によって該パターンの部材
を昇化させる。また、現在ではレーザビーム径は数μｍ
にしぼり込むのが限界であることからレーザビーム１シ
ョット照射後のトリミング径は、最小でも数μｍ以上と
なってしまう。第13図は、第11図で示したレーザＦ調の
場合のトリミング時間と周波数変化量について示したも
のである。横軸はトリミング時間（秒）、縦軸は周波数
変化量Δf/f（ppm）である。第13図に示すようにレーザ
ビーム１ショットあたりの周波数変化量（15）は比較的
大きく、第13図に示すように、周波数調整がアナログ状
ではなくデジタル状になってしまうことから、量産に於
いて目的とする周波数に偏差なく合わせ込むことは非常
に困難である。実際の量産における周波数合わせ込み後
のバラツキは大きく、音叉型圧電振動子を回路に実装し
た場合、回路側で該振動子の発振周波数を目的とする周
波数に合わせ込まなければならないため問題となる。In the laser F adjustment, a laser beam is applied to the frequency adjustment pattern, and the amount of heat generated at this time elevates the members of the pattern. At present, the laser beam diameter is several μm.
Since the narrowing down is limited, the trimming diameter after one shot of the laser beam is at least several μm. FIG. 13 shows the trimming time and the frequency change amount in the case of the laser F tone shown in FIG. The horizontal axis represents the trimming time (second), and the vertical axis represents the frequency change amount Δf / f (ppm). As shown in FIG. 13, the frequency change amount (15) per shot of the laser beam is relatively large, and as shown in FIG. 13, the frequency adjustment becomes digital rather than analog, so it is suitable for mass production. It is very difficult to match the target frequency without deviation. The variation after frequency matching in actual mass production is large, and when a tuning fork type piezoelectric vibrator is mounted on a circuit, it becomes a problem because the oscillation frequency of the vibrator must be adjusted to the target frequency on the circuit side.
音叉型圧電振動子の場合、音叉型圧電振動片の表面に励
振用電極パターンと周波数調整用パターンを付着させる
必要がある。一般にパターンを形成する膜は異種金属２
層の金属薄膜で形成されており、音叉型圧電振動片の表
面には、該音叉型圧電振動片と金属薄膜の応力を少なく
するため、該音叉型圧電振動片の膨張係数及びヤング率
の値に比較的近い値を有する金属膜を付着させ、密着力
を強くしてある。また、前記金属膜の表面には導電性が
高く、化学的安定性があり、前記金属膜の膨張係数及び
ヤング率の値に比較的近い値を有する金属膜を付着させ
てある。第14図は音叉型圧電振動片（19）の表面に異種
金属２層の金属薄膜を形成した代表例の断面図である。
該音叉型圧電振動片（19）は水晶を用いており、Ag膜
（16）との間に密着性強化を目的としたCr膜（17）が形
成されている。Cr膜の長所としては前記事例があげられ
るが、欠点としては一般的に酸化しやすいことがあげら
れる。第15図（ａ）は、第12図のＣ−Ｃ′断面を示した
図で、第15図（ｂ）は第15図（ａ）の拡大図であり、ま
た、膜の種類は第14図で示したAg（16）・Cr（17）膜と
する。音叉型圧電振動片（19）の表面に形成されたAg・
Cr膜はレーザビームの熱エネルギーにより昇化し凹部
（14a、14b）が形成される。昇化した部分の近傍の膜
（18）は、レーザビームの熱エネルギーにより溶解され
AgとCrが固溶した状態となっている。よって溶解された
表面にはCrの一部が表出し、雰囲気中の酸素と反応し酸
化物を形成する。前記の反応は、レーザビームによる周
波数調整が終了した後に行なわれるため、周波数は目的
周波数より低くなってしまう。In the case of the tuning fork type piezoelectric vibrator, it is necessary to attach the excitation electrode pattern and the frequency adjustment pattern to the surface of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece. Generally, the film forming the pattern is a different metal 2
Of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece and the value of the expansion coefficient and Young's modulus of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece in order to reduce the stress of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece and the metal thin film. A metal film having a value relatively close to is attached to strengthen the adhesion. Further, a metal film having high conductivity, chemical stability, and values relatively close to the values of expansion coefficient and Young's modulus of the metal film is attached to the surface of the metal film. FIG. 14 is a cross-sectional view of a typical example in which a metal thin film of two layers of different metals is formed on the surface of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece (19).
The tuning-fork type piezoelectric vibrating piece (19) uses quartz, and a Cr film (17) intended to enhance adhesion is formed between the tuning fork type piezoelectric vibrating piece (19) and the Ag film (16). The advantages of the Cr film include the above cases, but the disadvantage is that it is generally easy to oxidize. FIG. 15 (a) is a view showing a cross section taken along the line CC ′ of FIG. 12, FIG. 15 (b) is an enlarged view of FIG. 15 (a), and the type of film is shown in FIG. The Ag (16) / Cr (17) film shown in the figure is used. Ag formed on the surface of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece (19)
The Cr film is promoted by the thermal energy of the laser beam to form recesses (14a, 14b). The film (18) near the elevated portion is melted by the thermal energy of the laser beam.
Ag and Cr are in solid solution. Therefore, a part of Cr appears on the melted surface and reacts with oxygen in the atmosphere to form an oxide. Since the above reaction is performed after the frequency adjustment by the laser beam is completed, the frequency becomes lower than the target frequency.
第16図は、前記のAg・Cr膜を用いて形成した、励振電極
用パターン及びレーザビームによりトリミングされてい
ない周波数調整用パターンの表面状態をオージェ電子分
光分析法により表面分析した結果であり、横軸は電子の
運動エネルギー（ev）を示し、縦軸は電子量を電子の運
動エネルギーで微分した値（dN/dE）を示し、 （20）をオージェ電子のピークを示す。Ag膜の上に、
Ｓ、Cl、Ｃ及びＯの各元素が吸着していることがわか
る。前記の元素のうちＳ、Clは、Agに対し活性であり、
とりわけ検出されたＳはAg2Sを生成している。Ag2Sは一
般にポーラスであり、ＳはさらにAg膜の結晶粒界を通り
膜内部へと拡散する。加熱等による熱エネルギーが付加
されれば、その拡散速度は増す。FIG. 16 is a result of surface analysis by Auger electron spectroscopy of the surface condition of the excitation electrode pattern and the frequency adjustment pattern that is not trimmed by the laser beam, which is formed by using the Ag / Cr film. The horizontal axis represents the electron kinetic energy (ev), the vertical axis represents the value (dN / dE) obtained by differentiating the amount of electrons with the electron kinetic energy, and (20) represents the peak of Auger electrons. On top of the Ag film,
It can be seen that each element of S, Cl, C and O is adsorbed. Of the above elements, S and Cl are active towards Ag,
Among other things, the detected S produces Ag 2 S. Ag 2 S is generally porous, and S further diffuses through the grain boundaries of the Ag film into the film. When heat energy is added by heating or the like, the diffusion rate thereof increases.
第17図は、前記のAg膜表面にＳ、Cl、Ｃ及びＯの元素を
含んだ分子が吸着した音叉型圧電振動子の熱エージング
試験結果を示したものである。横軸は時間（Ｈ）を示
し、縦軸は周波数変化量Δf/f（ppm）を示す。初期を０
とした周波数曲線（21）が、時間の経過とともにマイナ
ス方向に移行してしまうため、精度及び品質において大
きな問題である。FIG. 17 shows the results of a thermal aging test of a tuning fork type piezoelectric vibrator in which molecules containing elements of S, Cl, C and O are adsorbed on the surface of the Ag film. The horizontal axis represents time (H) and the vertical axis represents the frequency change amount Δf / f (ppm). Initially 0
The frequency curve (21) described above shifts in the negative direction with the passage of time, which is a big problem in accuracy and quality.
本発明は、上記の事情に鑑てなされたもので、上述した
レーザＦ調による周波数調整方式の欠点を除去し、高精
度、高安定、高品質で、しかも量産性に優れた音叉型圧
電振動子の周波数調整方法を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, eliminates the above-mentioned drawbacks of the frequency adjustment method using the laser F tone, and has high accuracy, high stability, high quality, and excellent mass productivity, and is a tuning-fork type piezoelectric vibration. An object of the present invention is to provide a method for adjusting the frequency of a child.
本発明は、音叉型圧電振動子を共振周波数を測定しなが
らガスイオンビームを照射し周波数を調整する音叉型圧
電振動子の周波数調整方法に於いて、該ガスイオンビー
ムを周波数調整用パターン部と、該音叉型圧電振動子の
叉部乃至枝部先端部に照射し、該音叉型圧電振動子の表
面を清浄化しながら周波数を調整するものである。ガス
ビームイオンの照射方法としては、３つの方法がある。
第１はガスイオンビームを音叉型圧電振動子の周波数調
整用パターンに照射した後、音叉型圧電振動子の叉部付
近乃至枝部先端部に照射する方法である。第２はガスイ
オンビームを音叉型圧電振動子の叉部付近乃至枝部先端
部に照射した後、音叉型圧電振動子の周波数調整用パタ
ーンに照射する方法である。第３はガスイオンビームを
音叉型圧電振動子の周波数調整用パターンと叉部付近至
枝部先端部に同時に照射する方法である。The present invention relates to a frequency adjustment method for a tuning fork type piezoelectric vibrator, which comprises irradiating a gas ion beam while measuring the resonance frequency of the tuning fork type piezoelectric vibrator to adjust the frequency. The frequency is adjusted while irradiating the fork or the tip of the branch of the tuning fork type piezoelectric vibrator to clean the surface of the tuning fork type piezoelectric vibrator. There are three methods for irradiating gas beam ions.
The first is a method of irradiating the frequency adjustment pattern of the tuning fork type piezoelectric vibrator with the gas ion beam and then irradiating the vicinity of the fork or the tip of the branch of the tuning fork type piezoelectric vibrator. The second is a method of irradiating the tuning fork type piezoelectric vibrator with a frequency adjusting pattern after irradiating the vicinity of the fork or the tip of the branch of the tuning fork type piezoelectric vibrator. A third method is to simultaneously irradiate the frequency adjustment pattern of the tuning fork type piezoelectric vibrator and the tip of the branch near the fork with the gas ion beam.
また、本発明に係わる音叉型圧電振動子の周波数調整装
置は、ガスイオンビーム径及び該ガスイオンビームの照
射面積はビームを走査させることにより任意に設定が可
能な装置と、目的周波数に合わせるため音叉型圧電振動
子を共振させる回路と共振周波数を読み取る装置、前記
装置の整合性をコントロールする装置を具備している。Further, the tuning fork type piezoelectric vibrator frequency adjusting device according to the present invention is a device in which the diameter of the gas ion beam and the irradiation area of the gas ion beam can be arbitrarily set by scanning the beam, and in order to match the target frequency. It is provided with a circuit for resonating the tuning fork type piezoelectric vibrator, a device for reading the resonance frequency, and a device for controlling the matching of the device.
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は、本発明に係わる音叉型圧電振動子の周波数調
整装置の一例を音叉型圧電振動子の側面から示した図で
ある。ガスイオンビームを発生するイオン銃（22）は、
音叉型圧電振動片（２）の表面の任意の位置に、ガスイ
オンビームを照射することが可能な場所に相対向して設
置されている。イオン銃へはガスタンク（23）よりガス
が供給されており、後述するイオン銃内部でガスがイオ
ン化され、このガスが加速され、ビームがしぼられて音
叉型圧電振動子の表面にガスイオンビームとして達す
る。FIG. 1 is a side view of a tuning fork type piezoelectric vibrator showing an example of a frequency adjusting device for a tuning fork type piezoelectric vibrator according to the present invention. The ion gun (22) that generates the gas ion beam is
The tuning fork type piezoelectric vibrating piece (2) is installed at an arbitrary position on the surface so as to face each other at a place where a gas ion beam can be irradiated. Gas is supplied from the gas tank (23) to the ion gun, and the gas is ionized inside the ion gun described later, this gas is accelerated, and the beam is squeezed to form a gas ion beam on the surface of the tuning fork type piezoelectric vibrator. Reach
音叉型圧電振動子は共振回路部（28）によって共振させ
ることができ、また周波数は、周波数読み取り装置（2
7）でチェックすることができる。チャンバー（25）内
は、排気装置（24）で排気することにより真空（26）と
なっており、イオン銃に導入されイオン化されなかった
ガスについても排気することが可能である。また、上記
ガスについては、イオン銃に作動排気装置等を用いるこ
とによりチャンバー（25）内にガスが流入することを最
小限にすることも可能である。目的の周波数に合わせる
ための基本的操作としては、まず音叉型圧電振動子を共
振回路部（28）により共振させ、初期状態の周波数を周
波数読み取り装置（27）で読み取る。読み取った周波数
のデータをあらかじめ目的の周波数を入力してあるコン
トロール部（29）に送り、データを比較検討しガスイオ
ンビーム照射の条件を設定する。条件設定に関してはあ
らかじめ基礎実験によって求めた値をデータベースとし
て入力しておく。条件設定が決定された後、コントロー
ル部（29）よりイオン銃に命令が出力されガスイオンビ
ームが照射される。また、この時ガスイオンビームの照
射強度が、真空（26）状態の変動、イオン銃へのガス供
給のわずかな変動等により変化する場合がある。よって
目的の周波数に達しなかった場合、あるいは目的の周波
数よりプラス側になってしまう場合等が考えられる。し
たがってあらかじめコントロール部で、目的の周波数よ
りマイナス側に一時的な目的周波数を設定し上記周波数
までガスイオンビームを照射した後に共振回路部（28）
で音叉型圧電振動子を共振させ、再度周波数読み取り装
置（27）で周波数を読み取る等の方法を採用することも
可能である。上記の方法を目的周波数の規格値に入るま
で繰り返し行なうことにより、目的周波数に精度よく合
わせることができる。また、第１図中では、イオン銃が
音叉型圧電振動子に対して１対設置されている。音叉型
圧電振動子の両側よりガスイオンビームを同時に同条件
で照射できるような構造となっている。よって後述する
効果がより期待されるようになっているが、諸条件の制
約によりイオン銃を一台しか設置できないような場合で
も一応の効果は期待できる。イオン銃一台の場合、音叉
型圧電振動子を該音叉型圧電振動子の長手方向を回転さ
せながら、ガスイオンビームを照射させることも可能で
ある。また、イオン銃を２対以上使用することも可能で
ある。The tuning fork type piezoelectric vibrator can be resonated by the resonance circuit section (28), and the frequency is determined by the frequency reading device (2
You can check it in 7). The inside of the chamber (25) is evacuated by the exhaust device (24) to form a vacuum (26), and it is possible to exhaust the gas which is introduced into the ion gun and is not ionized. Further, regarding the above-mentioned gas, it is possible to minimize the inflow of the gas into the chamber (25) by using an operating exhaust device or the like for the ion gun. As a basic operation for adjusting to a target frequency, first, the tuning fork type piezoelectric vibrator is caused to resonate by the resonance circuit section (28), and the frequency in the initial state is read by the frequency reading device (27). The read frequency data is sent to the control unit (29) in which the target frequency is input in advance, the data is compared and examined, and the gas ion beam irradiation conditions are set. Regarding the condition setting, the values obtained by basic experiments are input in advance as a database. After the condition setting is determined, a command is output from the control unit (29) to the ion gun to irradiate the gas ion beam. At this time, the irradiation intensity of the gas ion beam may change due to changes in the vacuum (26) state, slight changes in the gas supply to the ion gun, and the like. Therefore, it is conceivable that the target frequency has not been reached or that the frequency is on the plus side of the target frequency. Therefore, the resonance circuit section (28) should be set in advance in the control section by setting a temporary target frequency on the minus side of the target frequency and irradiating the gas ion beam up to the above frequency.
It is also possible to adopt a method of resonating the tuning fork type piezoelectric vibrator with and reading the frequency again with the frequency reading device (27). By repeating the above-described method until the standard value of the target frequency is reached, the target frequency can be accurately adjusted. Further, in FIG. 1, a pair of ion guns is installed to the tuning fork type piezoelectric vibrator. The structure is such that gas ion beams can be simultaneously irradiated from both sides of the tuning fork type piezoelectric vibrator under the same conditions. Therefore, the effect to be described later is expected more, but even if only one ion gun can be installed due to restrictions of various conditions, a temporary effect can be expected. In the case of one ion gun, it is also possible to irradiate the gas ion beam while rotating the tuning fork type piezoelectric vibrator in the longitudinal direction of the tuning fork type piezoelectric vibrator. It is also possible to use two or more pairs of ion guns.
第２図に示すのは、第１図のイオン銃（22）と音叉型圧
電振動子（31a、31b）を、該音叉型圧電振動子の主面正
面側より注目した略図に、該音叉型圧電振動子を支持す
るキャリア（32）とキャリアを移動する移動台（33）を
付加して示した図である。周波数調整の方法は、まず該
音叉型圧電振動子（31a）が目的の周波数に調整された
後、移動台（33）が移動し、次の音叉型圧電振動子（31
b）がイオン銃と相対する位置に固定される。FIG. 2 shows a schematic view of the ion gun (22) and the tuning fork type piezoelectric vibrators (31a, 31b) shown in FIG. 1 from the front side of the main surface of the tuning fork type piezoelectric vibrator. It is the figure which added the carrier (32) which supports a piezoelectric vibrator, and the moving stand (33) which moves a carrier. The frequency adjustment method is as follows. First, the tuning fork type piezoelectric vibrator (31a) is adjusted to a target frequency, then the moving table (33) moves, and the next tuning fork type piezoelectric vibrator (31a) is moved.
b) is fixed at a position facing the ion gun.
第３図にイオン銃の構成について示す。外枠（34）に
は、ガスを導入するためのガスボンベ（35）が装着され
ており、ガス流量コントロールバルブ（36）によってガ
ス流量がコントロールされるようになっている。ガスは
イオン化室（39）に導入され、フィラメント（37）とグ
リッド（38）間で主にイオン化される。イオン化された
ガス、所謂ガスイオンはイオン加速電極（40）によって
加速され、イオン化室（39）から収束レンズ（41）側へ
飛び出す。イオン化ガスは収束レンズ（41）で収束さ
れ、さらに偏向板（43）によりターゲット（44）へのガ
スイオンビームの照射位置は任意に決定することができ
る。また、ターゲット（44）に達するガスイオンビーム
径は対物レンズ（42）などでガスイオンビームを調整す
ることにより、任意に設定することができる。FIG. 3 shows the structure of the ion gun. A gas cylinder (35) for introducing gas is attached to the outer frame (34), and the gas flow rate is controlled by a gas flow rate control valve (36). The gas is introduced into the ionization chamber (39) and is mainly ionized between the filament (37) and the grid (38). The ionized gas, so-called gas ions, are accelerated by the ion accelerating electrode (40) and jump out from the ionization chamber (39) toward the converging lens (41). The ionized gas is converged by the converging lens (41) and the irradiation position of the gas ion beam on the target (44) can be arbitrarily determined by the deflecting plate (43). Further, the diameter of the gas ion beam reaching the target (44) can be arbitrarily set by adjusting the gas ion beam with the objective lens (42) or the like.
第４図は周波数調整方法の実施例であり、第４図（１）
はガスイオンビームを音叉型圧電振動子の周波数調整用
パターンに照射した後、音叉型圧電振動子の叉部付近乃
至枝部先端部に照射する方法について示しており、第４
図（２）はガスイオンビームを音叉型圧電振動子の叉部
付近乃至枝部先端部に照射した後、音叉型圧電振動子の
周波数調整用パターンに照射する方法について示してお
り、第４図（３）はガスイオンビームを音叉型圧電振動
子の周波数調整用パターンと叉部付近乃至枝部先端部に
同時に照射する方法について示している。第５図は音叉
型圧電振動子の長手方向側面から見た図であり、ガスイ
オンビームの照射位置を示している。第５図（ａ）はガ
スイオンビーム（67）を音叉型圧電振動子の周波数調整
用パターン（１）に照射する位置を示しており、第５図
（ｂ）はガスイオンビーム（68）を音叉型圧電振動子の
叉部付近乃至枝部先端部に照射する位置を示しており、
第５図（ｃ）はガスイオンビーム（67）、（68）を各々
音叉型圧電振動子の周波数調整用パターンと叉部付近乃
至枝部先端部に照射する位置を示している。FIG. 4 shows an embodiment of the frequency adjusting method, and FIG.
Shows a method of irradiating a frequency adjustment pattern of a tuning fork type piezoelectric vibrator with a gas ion beam and then irradiating the vicinity of the fork or the tip of the branch of the tuning fork type piezoelectric vibrator.
FIG. (2) shows a method of irradiating the frequency adjustment pattern of the tuning fork type piezoelectric vibrator after irradiating the gas ion beam to the vicinity of the fork part or the tip of the branch part of the tuning fork type piezoelectric vibrator. (3) shows a method of simultaneously irradiating the frequency adjustment pattern of the tuning fork type piezoelectric vibrator and the vicinity of the fork or the tip of the branch with the gas ion beam. FIG. 5 is a view of the tuning fork type piezoelectric vibrator seen from the side surface in the longitudinal direction, and shows the irradiation position of the gas ion beam. FIG. 5 (a) shows the position where the gas ion beam (67) is applied to the frequency adjustment pattern (1) of the tuning fork type piezoelectric vibrator, and FIG. 5 (b) shows the gas ion beam (68). It shows the position to irradiate the vicinity of the fork of the tuning fork type piezoelectric vibrator or the tip of the branch.
FIG. 5 (c) shows the positions for irradiating the gas ion beams (67) and (68) to the frequency adjusting pattern of the tuning fork type piezoelectric vibrator and the vicinity of the fork or the tip of the branch.
第４図（１）に示す周波数調整方法は、音叉型圧電振動
子の周波数測定（45）後、粗調整目的周波数（48）に達
するまで周波数測定（47）をしながら、第５図（１）に
示す如く周波数調整用パターンにガスイオンビームを照
射（46）する。次に目的周波数（51）の規格値に達する
まで周波数測定（50）をしながら、第５図（ｂ）に示す
如く音叉型圧電振動子の叉部付近乃至枝部先端部にガス
イオンビームを照射（49）し微調整する。目的周波数
（51）に達した場合は終了（52）とする。The frequency adjustment method shown in FIG. 4 (1) is performed by measuring the frequency of the tuning fork type piezoelectric vibrator (45) and then performing the frequency measurement (47) until the coarse adjustment target frequency (48) is reached, while the frequency adjustment method shown in FIG. As shown in (), the gas ion beam is irradiated (46) on the frequency adjustment pattern. Next, while performing the frequency measurement (50) until the target frequency (51) reaches the standard value, a gas ion beam is applied to the vicinity of the fork of the tuning-fork type piezoelectric vibrator or the tip of the branch as shown in FIG. 5 (b). Irradiate (49) and make fine adjustments. When the target frequency (51) is reached, the process ends (52).
第４図（２）に示す周波数調整方法は、音叉型圧電振動
子の周波数測定（53）後、表面清浄化を目的とする周波
数（56）に達するまで周波数測定（55）をしながら、第
５図（ｂ）に示す如く音叉型圧電振動子の叉部付近乃至
枝部先端部にガスイオンビームを照射（54）する。次に
目的周波数（59）の規格値に達するまで周波数測定（5
8）をしながら、第５図（ａ）に示す如く音叉型圧電振
動子の周波数調整用パターンにガスイオンビームを照射
（57）する。目的周波数に達した場合は終了（60）とす
る。The frequency adjustment method shown in FIG. 4 (2) is that the frequency measurement (53) of the tuning fork type piezoelectric vibrator is performed, and then the frequency measurement (55) is performed until the frequency (56) intended for surface cleaning is reached. As shown in FIG. 5 (b), a gas ion beam is irradiated (54) near the fork or the tip of the branch of the tuning fork type piezoelectric vibrator. Next, measure the frequency (5
While performing 8), the gas ion beam is irradiated (57) on the frequency adjustment pattern of the tuning fork type piezoelectric vibrator as shown in FIG. 5 (a). When the target frequency is reached, the process ends (60).
第４図（３）に示す周波数調整方法は、音叉型圧電振動
子の周波数測定（61）後、目的周波数（65）の規格値に
達するまで周波数測定（64）をしながら、第５図（ｃ）
に示すが如く音叉型圧電振動子の周波数調整用パターン
と叉部付近乃至枝部先端部に同時にガスイオンビームを
照射（62）、（63）する。目的周波数（65）に達した場
合は終了（66）とする。第４図（３）の周波数調整の場
合、イオン銃は第５図（ｃ）のガスイオンビーム（6
7）、（68）に対して各々１対ずつ必要となる。The frequency adjustment method shown in Fig. 4 (3) is that after the frequency measurement (61) of the tuning fork type piezoelectric vibrator, the frequency measurement (64) is performed until the standard value of the target frequency (65) is reached. c)
As shown in FIG. 6, the frequency adjustment pattern of the tuning fork type piezoelectric vibrator and the gas ion beam are simultaneously irradiated (62) and (63) to the vicinity of the fork or the tip of the branch. When the target frequency (65) is reached, the process ends (66). In the case of the frequency adjustment shown in FIG. 4 (3), the ion gun uses the gas ion beam (6
One pair is required for each of 7) and (68).
次に本発明の特徴について説明する。Next, the features of the present invention will be described.
第７図は本発明を用いて音叉型圧電振動子の周波数調整
について示したグラフであり、横軸にイオンビーム照射
時間、縦軸に周波数変化量について示したものである。
本発明に示した音叉型圧電振動子の周波数調整装置を用
いて周波数調整を行えば、第７図の（73）に示すように
連続的に周波数を変えていくことができる。よって目的
周波数に対して非常に精度の高い音叉型圧電振動子を作
ることができる。FIG. 7 is a graph showing the frequency adjustment of the tuning fork type piezoelectric vibrator using the present invention, in which the horizontal axis shows the ion beam irradiation time and the vertical axis shows the frequency change amount.
If the frequency is adjusted using the frequency adjusting device for a tuning fork type piezoelectric vibrator shown in the present invention, the frequency can be continuously changed as shown in (73) of FIG. Therefore, it is possible to manufacture a tuning fork type piezoelectric vibrator having a very high accuracy with respect to the target frequency.
第８図は音叉型圧電振動子の周波数調整用パターン、叉
部付近乃至枝部先端部の表面のオージェ電子分光分析結
果の代表例を示す。横軸に電子の運動エネルギー（ev）
を示し、縦軸に電子量を電子の運動エネルギーで微分し
た値（dN/dE）を示す。第８図（ａ）はガスイオンビー
ムの照射前、（ｂ）はガスイオンビームを２秒間照射し
た場合、（ｃ）は５秒間照射した場合について示す。一
般に音叉型圧電振動子の周波数調整用パターン及び叉部
付近乃至枝部先端部等の表面には、第８図（ａ）のオー
ジェ電子分光分析結果が示すようにAg（77）表面にＳ
（74）、Cl（75）、Ｃ（76）、Ｏ（78）のような物質が
吸着している。汚染された状態でパッケージされ、熱エ
ージング試験等を実施された場合、該音叉型圧電振動子
の共振周波数は経時変化してしまい、とても高安定、高
品質な振動子は得られない。したがって本発明では、ガ
スイオンビームを音叉型圧電振動子の周波数調整用パタ
ーンのみではなく、叉部付近乃至枝部先端部までにもム
ラなく、効率よく照射することにより汚染物質の除去を
行っている。２秒間ガスイオンビームを照射した場合、
第８図（ｂ）中のＳ（79）、Cl（80）、Ｃ（81）、Ｏ
（83）のピーク強度が第８図（ａ）に比較し小さくな
り、Ag（82）のピークが強くなっている。さらに３秒
間、総計で５秒間ガスイオンビームを照射した場合、第
８図（ｃ）に示すようにＳ（84）、Cl（85）、Ｃ（8
6）、Ｏ（88）はほとんど検出されなくなり、Ag（87）
のピークがより強くなっている。よってガスイオンビー
ムを照射することにより、表面が清浄化されたことがわ
かる。尚、ガスイオンビームを励振用電極パターンに照
射する場合、イオンビームの照射量について留意しなけ
ればならない。第６図は、音叉型圧電振動子の枝部の音
叉型圧電振動子の長手方向に対して垂直な断面の励振用
電極パターン（70）付近について示した図である。（7
1）はイオンビームを励振用電極パターンに照射したあ
との状態を示す。一般に真空蒸着法で励振用電極パター
ンを形成する場合、第６図の（69）に点線で示したよう
なマスクを用いる。該マスクを用いて、励振用電極パタ
ーンを形成した場合、マスクに近傍な部分が所定の膜厚
より薄くなってしまう。よってガスイオンビームを照射
を必要以上に行った場合、初期の励振用電極パターン巾
よりΔｌ（72）の２倍だけ減少してしまう。よって音叉
型圧電振動子の電極間静電容量C0が変化してしまい、モ
ーショナルキャパシタンスC1との比、C0/C1が小さくな
ること、及びバラツキも大きくなることから、回路に音
叉型圧電振動子を実装して周波数を調整する場合労力を
用いる。しかし本発明による周波数調整方法を用いれ
ば、清浄表面にするのに一例として５秒間のガスイオン
ビーム照射で可能であり、またこの時のAgの励振用電極
パターンの膜厚の減少は約25Åであった。この膜厚の減
少分による前記励振用電極パターンの巾の減少分は極々
微量である。したがってC0/C1の変化も極々微量となり
特性的には問題とならない。FIG. 8 shows a typical example of the Auger electron spectroscopic analysis result of the frequency adjustment pattern of the tuning fork type piezoelectric vibrator and the surface of the vicinity of the fork or the tip of the branch. Electron kinetic energy (ev) on the horizontal axis
And the vertical axis shows the value (dN / dE) obtained by differentiating the amount of electrons with the kinetic energy of electrons. FIG. 8 (a) shows the case before irradiation with the gas ion beam, (b) shows the case where the gas ion beam was irradiated for 2 seconds, and (c) shows the case where the gas ion beam was irradiated for 5 seconds. Generally, the frequency adjusting pattern of the tuning fork type piezoelectric vibrator and the surface of the vicinity of the fork or the tip of the branch portion are S on the Ag (77) surface as shown by the Auger electron spectroscopic analysis result of FIG. 8 (a).
Substances such as (74), Cl (75), C (76) and O (78) are adsorbed. When packaged in a contaminated state and subjected to a heat aging test or the like, the resonance frequency of the tuning fork type piezoelectric vibrator changes over time, and a very stable and high quality vibrator cannot be obtained. Therefore, in the present invention, contaminants can be removed by efficiently irradiating the gas ion beam not only on the frequency adjustment pattern of the tuning fork type piezoelectric vibrator but also on the vicinity of the fork or the tip of the branch without unevenness. There is. When irradiated with a gas ion beam for 2 seconds,
S (79), Cl (80), C (81), O in FIG. 8 (b)
The peak intensity of (83) is smaller than that of FIG. 8 (a), and the peak of Ag (82) is stronger. When the gas ion beam is irradiated for a further 3 seconds for a total of 5 seconds, as shown in FIG. 8 (c), S (84), Cl (85), C (8
6), O (88) is almost not detected, and Ag (87)
The peak of is getting stronger. Therefore, it can be seen that the surface was cleaned by irradiating the gas ion beam. When the excitation electrode pattern is irradiated with the gas ion beam, attention must be paid to the irradiation amount of the ion beam. FIG. 6 is a diagram showing the vicinity of the excitation electrode pattern (70) in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the tuning fork type piezoelectric vibrator at the branch portion of the tuning fork type piezoelectric vibrator. (7
1) shows the state after irradiation of the excitation electrode pattern with the ion beam. Generally, when the excitation electrode pattern is formed by the vacuum evaporation method, a mask as shown by the dotted line in (69) of FIG. 6 is used. When the excitation electrode pattern is formed using the mask, a portion near the mask becomes thinner than a predetermined film thickness. Therefore, when the gas ion beam is irradiated more than necessary, the width of the initial excitation electrode pattern is reduced by twice Δl (72). Therefore, the inter-electrode capacitance C 0 of the tuning fork type piezoelectric vibrator changes, the ratio with the motional capacitance C 1 and C 0 / C 1 decrease, and the variation also increases. Labor is used when the frequency is adjusted by mounting a piezoelectric vibrator. However, if the frequency adjusting method according to the present invention is used, it is possible to irradiate with a gas ion beam for 5 seconds to form a clean surface, and the thickness of the Ag excitation electrode pattern at this time can be reduced by about 25Å. there were. The decrease in the width of the excitation electrode pattern due to the decrease in the film thickness is extremely small. Therefore, the change in C 0 / C 1 is extremely small, and there is no problem in terms of characteristics.
また、本発明による周波数調整方法を用いれば音叉型圧
電振動子の周波数調整用パターン及び励振用電極パター
ンの最表面から順次膜を削減していくことができる。よ
ってレーザＦ調のように、音叉型圧電振動片の表面に形
成された、例えばCr膜のような酸化しやすい物質を表出
させることがないため、品質が非常に向上する。Further, by using the frequency adjusting method according to the present invention, it is possible to sequentially reduce the film from the outermost surface of the frequency adjusting pattern and the exciting electrode pattern of the tuning fork type piezoelectric vibrator. Therefore, unlike the laser F tone, a substance that is easily oxidized, such as a Cr film, formed on the surface of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is not exposed, so that the quality is greatly improved.
第９図は、本発明による周波数調整方法を用いて周波数
調整を行った音叉型圧電振動子の熱エージング結果を示
したグラフ（89）である。横時は時間（Ｈ）、縦軸は周
波数変化量Δf/f（ppm）である。グラフからも明確なよ
うに、非常に高安定で高品質な特性が得られることがわ
かる。FIG. 9 is a graph (89) showing the result of thermal aging of the tuning fork type piezoelectric vibrator whose frequency has been adjusted using the frequency adjusting method according to the present invention. The horizontal axis represents time (H), and the vertical axis represents the frequency change amount Δf / f (ppm). As is clear from the graph, it is clear that extremely high stability and high quality characteristics can be obtained.
以上に述べたように本発明によれば、高精度、高安定、
高品質でしかも量産性に優れた音叉型圧電振動子の周波
数調整方法を提供することができる。As described above, according to the present invention, high accuracy, high stability,
It is possible to provide a frequency adjustment method for a tuning fork type piezoelectric vibrator that is of high quality and excellent in mass productivity.
第10図は音叉型圧電振動子の一例についてしめしたもの
であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断
面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。第11図
（ａ）、（ｂ）、第12図、第13図、第15図、第16図、第
17図は従来例の説明、第14図は音叉型圧電振動子の周波
数調整用、及び励振用電極パターンの代表例の断面図で
ある。第１図〜第９図は本発明について示した図であ
る。 （１）……周波数調整用パターン （２）……音叉型圧電振動片 （３）……励振用電極パターンFIG. 10 shows an example of a tuning fork type piezoelectric vibrator. (A) is a perspective view, (b) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of (a), and (c) is the line B- of (a). It is a B'cross section. 11 (a), (b), FIG. 12, FIG. 13, FIG. 15, FIG. 16, FIG.
FIG. 17 is a description of a conventional example, and FIG. 14 is a cross-sectional view of a typical example of an electrode pattern for frequency adjustment and excitation of a tuning fork type piezoelectric vibrator. 1 to 9 are views showing the present invention. (1) …… Frequency adjustment pattern (2) …… Tuning fork type piezoelectric vibrating piece (3) …… Excitation electrode pattern
Claims (1)
ンを具備した音叉型圧電振動子を、共振周波数を測定し
ながらガスイオンビームを照射し周波数を調整する音叉
型圧電振動子の周波数調整方法に於いて、該ガスイオン
ビームを周波数調整用パターン部と、該音叉型圧電振動
子の叉部付近乃至枝部先端部に照射し、質量負荷効果に
より周波数を調整することを特徴とする音叉型圧電振動
子の周波数調整方法。1. A method for adjusting the frequency of a tuning fork type piezoelectric vibrator, wherein a tuning fork type piezoelectric vibrator provided with an excitation electrode pattern and a frequency adjusting pattern adjusts the frequency by irradiating a gas ion beam while measuring the resonance frequency. In the tuning fork type piezoelectric device, the gas ion beam is irradiated to the frequency adjusting pattern part and the vicinity of the fork part or the tip part of the branch part of the tuning fork type piezoelectric vibrator to adjust the frequency by a mass load effect. Oscillator frequency adjustment method.
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|---|---|---|---|
| JP1054136A JPH07120914B2 (en) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | Frequency tuning method for tuning fork type piezoelectric vibrator |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| JPH02233009A JPH02233009A (en) | 1990-09-14 |
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1989
- 1989-03-07 JP JP1054136A patent/JPH07120914B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH02233009A (en) | 1990-09-14 |
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