JPH08154028A - 周波数調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で低コストに多数の振動子の周波
数調整を連続的に行うことおよび信頼性の高い振動子を
得ることが可能な周波数調整装置を提供する。 【解決手段】 真空中でプラズマＰを発生させるための
直流電源を設け、これにより水晶振動子１００の表面電
極１０１に直流電圧を直接印加する。その際、表面電極
１０１は負の電位に設定する。すなわち水晶振動子１０
０の周波数調整は表面電極１０１の周囲にプラズマＰを
発生させるとともに、このプラズマＰ中の陽イオン分子
Ｍを表面電極１０１に衝突させ、これにより電極表面の
分子を叩き出し、表面電極１０１の厚み（重さ）の減少
を図るものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は振動子、例えば水
晶片に表面電極を蒸着形成してなる水晶振動子あるいは
水晶フィルター等の周波数調整を行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の周波数調整装置とし
ては真空蒸着法、あるいはイオン銃を利用したものが知
られている。

【０００３】真空蒸着法による周波数調整は、図６に示
すように真空中に水晶振動子１００をセットし、そして
ヒータ５０の加熱で蒸発した金銀等の電極材料５１を当
該水晶振動子１００の表面電極１０１上に付着させる。

【０００４】つまり、真空蒸着法を利用した周波数調整
装置は、水晶振動子１００の表面電極１０１上にさらに
電極材料５１を付着させると、それだけ表面電極１０１
の厚み（重さ）が増加し、これに応じて水晶振動子１０
０の周波数が変化することから、この電極材料付着によ
る周波数変化を利用して当該水晶振動子１００の周波数
を調整するものである。

【０００５】一方、イオン銃を利用した周波数調整装置
は、イオン銃でのイオンエッチングにより表面電極１０
１の厚み（重さ）を減少させると、これに応じて水晶振
動子１００の周波数が変化することから、このイオンエ
ッチングによる周波数変化を利用して当該水晶振動子１
００の周波数を調整するものである。

【０００６】すなわち、イオン銃による周波数調整は、
図７に示すようにイオン銃６０の内部でガスをイオン化
し、このイオンを引出電極６１で加速しつつ表面電極１
０１に衝突させ、これにより当該電極表面の分子を叩き
出し、表面電極１０１の厚みを減少させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
真空蒸着法を利用した周波数調整装置にあっては、表面
電極１０１上にさらに電極材料５１を付着させるもので
あるため、多数の水晶振動子を連続的に調整する場合に
は電極材料５１の供給と補充を行うための装置が別途必
要となり、機器構造が複雑なものとなる。

【０００８】また、この従来装置では、周波数調整後は
表面電極１０１が二層の膜、すなわち予め表面電極１０
１として成膜した最初の膜と、その後の電極材料５１の
付着により成膜された調整膜とからなり、しかも当該最
初の膜上に自然に酸化膜等が形成され得ることから、こ
の最初の膜と調整膜との界面がミクロ的には連続してお
らず不安定であり、水晶振動子１００のエージング特性
の悪化を招く等の問題点を有している。

【０００９】一方、従来のイオン銃を利用した周波数調
整装置にあっては、高価なイオン銃６０を使用するもの
であるため、装置のコストが高く機器構造も複雑である
のみならず、イオンエッチングを同じ条件で連続して行
うためにはイオン銃６０の内部を定期的に清掃する等、
装置の保守を頻繁に行わなければならない等の不具合が
ある。

【００１０】さらに、このイオン銃利用の従来装置で
は、陽イオンが水晶振動子１００の表面電極１０１でな
く引出電極６１に直接衝突する場合もあり、このように
衝突すると、引出電極６１の分子がイオンにより叩き出
され、これが最終的に不純物Ｃとして表面電極１０１に
付着するので、水晶振動子における周波数の安定度を損
ねる等の問題点を有している。

【００１１】この発明は上述の事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、簡単な構造で低コスト
に多数の振動子の周波数調整を連続的に行うことがで
き、しかも信頼性の高い振動子を得ることが可能な周波
数調整装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は水晶片等の圧電素子に表面電
極を蒸着形成してなる振動子の周波数調整装置であっ
て、上記振動子の表面電極の周囲にプラズマを発生させ
るプラズマ発生手段と、上記振動子の表面電極を負の電
位に設定する電位設定手段とを備えてなることを特徴と
する。

【００１３】請求項２記載の発明はプラズマを振動子の
表面電極の周囲に集中させるための、磁界を形成する磁
界形成手段を設けたことを特徴とする。

【００１４】請求項３記載の発明はプラズマ発生手段と
電位設定手段が、プラス端子をアースに接続し、かつマ
イナス端子を振動子の表面電極側に接続した一つの直流
電源からなることを特徴とする。

【００１５】請求項４記載の発明はプラズマ発生手段お
よび電位設定手段が、振動子の周囲に位置し、当該振動
子を覆うプラズマ形成電極と、上記プラズマ形成電極の
外側にプラズマが発生するのを防止する絶縁体とを有
し、上記プラズマ形成電極を直流電源のプラス端子に接
続するとともに、振動子の表面電極をアースに接続して
なることを特徴とする。

【００１６】請求項５記載の発明は磁気形成手段が、振
動子の表面または外周側に位置しかつ振動子を介して互
いに対向する一対の磁石体からなることを特徴とする。

【００１７】請求項６記載の発明は振動子の表面電極と
直流電源のマイナス端子との間に、コイル等のインダク
タンス素子を介挿する一方、振動子の表面電極とこの表
面電極に接続されるπ回路または発振回路との間に、コ
ンデンサ等のキャパシタンス素子を介挿したことを特徴
とする。

【００１８】請求項７記載の発明は絶縁体の端部を水晶
振動子のベース部に密着させ、これにより絶縁体の内側
空間を密閉してなることを特徴とする。

【００１９】この発明によると、振動子の周波数調整を
行う際、振動子の表面電極の周囲に直接プラズマが発生
し、このプラズマ中の陽イオン分子が表面電極に衝突
し、これにより電極表面の分子が叩き出され、表面電極
の厚み（重さ）が減少する。

【００２０】特に、請求項２および６記載の発明では、
プラズマ中の陽イオン分子が磁界により振動子の表面電
極の周囲に集中するので、陽イオン分子による電極表面
のイオンエッチングを効率よく行うことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る周波数調整
装置の実施形態について図１ないし図５を用いて詳細に
説明する。

【００２２】この周波数調整装置は図１に示す如く真空
の調整室１および調整室１内でプラズマＰ（図２参照）
を発生させるための直流電源２を具備し、調整室１には
水晶振動子１００をセットでき、また直流電源２のマイ
ナス端子２ａはリード線１０２を介して水晶振動子１０
０の表面電極１０１側に接続されている一方、直流電源
２のプラス端子２ｂはアースに接続されている。

【００２３】このように接続して水晶振動子１００の表
面電極１０１に直流電圧を印加すると、表面電極１０１
が負の電位に設定されるとともに、表面電極１０１の周
囲のガスがイオン化し、これにより図２に示すように表
面電極１０１の周囲にプラズマＰが発生する。

【００２４】なお、調整室１にはアルゴンガス等の不活
性ガスが導入されているので、電圧印加によりイオン化
されるガスはこの種の不活性ガスとなる。

【００２５】図２（ａ）に示すように調整室１には磁界
形成手段として一対の磁石体３ａ、３ｂが設けられてお
り、この一対の磁石体３ａ、３ｂは水晶振動子１の表面
側に位置し、かつ水晶振動子１を介して互いに対向する
ように設置されている。またこれらの磁石体３ａ、３ｂ
は図中点線矢印で示すように水晶振動子１００に対し垂
直の磁力線を与えるように構成されている。

【００２６】このような一対の磁石体３ａ、３ｂについ
ては図２（ｂ）に示すように水晶振動子１の表面側でな
く外周に配設し、かつ水晶振動子１を介して互いに対向
するように設けてもよい。

【００２７】上記のように一対の磁石体３ａ、３ｂを配
置すると、プラズマＰが表面電極１０１の周囲から外側
に拡散するのを防止することができる、つまり一対の磁
石体３ａ、３ｂは表面電極１０１の周囲にプラズマＰを
集中させるための磁界を形成する。

【００２８】水晶振動子１００の表面電極１０１は上記
の如くリード線１０２を介して直流電源２のマイナス端
子２ａに接続されるが、その接続経路の途中には高周波
を阻止するためのインダクタンス素子４が介挿されてい
る。なおインダクタンス素子４については水晶振動子の
発振周波数に影響を与えない範囲のコイルを適用するこ
とができる。

【００２９】水晶振動子１００の表面電極１０１は周波
数測定器５の一部を構成するπ回路または発振回路等に
も接続されるが、この接続経路の途中には直流電流を阻
止するためのキャパシタンス素子６が介挿されている。
なおキャパシタンス素子６については水晶振動子の発振
周波数に影響を与えない範囲のコンデンサを適用するこ
とができる。

【００３０】次に、上記の如く構成された周波数調整装
置の動作について図１および図２を用いて説明する。

【００３１】この周波数調整装置によれば、水晶振動子
１００の周波数を目的の周波数に調整するのにあたり、
先ず水晶振動子１００を調整室１にセットし、そして直
流電源２からインダクタンス素子４を介して当該水晶振
動子１００の表面電極１０１に直流電圧を直接印加す
る。

【００３２】表面電極１０１に直流電圧が印加される
と、表面電極１０１の周囲の不活性ガスがイオン化し、
この表面電極１０１の周囲にプラズマＰが発生する。

【００３３】この際、プラズマＰは表面電極１０１の周
囲からその外側に拡散しようとするが、プラズマＰの拡
散は一対の磁石体３ａ、３ｂの磁界により阻止されるの
で、表面電極１０１の周囲に陽イオン分子Ｍが集中する
ものとなる。

【００３４】そして、表面電極１０１が負の電位である
ことから、プラズマＰ中の陽イオン分子Ｍは表面電極１
０１に衝突し、これにより電極表面の分子が叩き出さ
れ、当該表面電極１０１の厚み（重さ）が減少する。

【００３５】すなわち、この実施形態装置は、イオンエ
ッチングで表面電極１０１の厚みを減少させると、これ
に応じて水晶振動子１００の周波数が変化することか
ら、このイオンエッチングによる周波数変化を利用して
当該水晶振動子１００の周波数を目標の周波数に調整す
るものであり、特にイオンエッチングは表面電極１０１
の周囲に直接プラズマＰを発生させ、このプラズマＰ中
の陽イオン分子Ｍを当該表面電極１０１に衝突させるも
のである。なおこのように変化する周波数は周波数測定
回路５側で測定・監視される。

【００３６】次に本実施形態装置の評価試験を述べる。

【００３７】評価試験では１６．４３８０００ＭＨｚの
水晶振動子を用い、その表面電極に直流電圧として４２
０Ｖを印加し、水晶振動子周囲の雰囲気圧力が５×１０
^-1パスカルとなるようにアルゴンガスを注入した。

【００３８】その結果、水晶振動子の周波数が約１０秒
間で１６．４３８０００ＭＨｚから１６．４５８３２７
ＭＨｚになることが確認された。

【００３９】この実施形態装置は、表面電極１０１の周
囲にプラズマＰを発生させ、そのプラズマＰ中の陽イオ
ン分子Ｍを表面電極１０１に衝突させ、これにより表面
電極１０１の厚み（重さ）の減少を図り、水晶振動子１
００の周波数を調整するように構成したものである。こ
のため、真空蒸着法やイオン銃による周波数調整と異な
り、蒸着に必要な電極材料の供給と補充を行う必要がな
く、その供給と補充のための装置や、高価で高頻度の保
守点検が必要なイオン銃等も省略されることから、簡単
な構造で低コストに多数の振動子の周波数調整を連続的
に行うことができる。

【００４０】しかも、この装置によると、プラズマＰ中
の陽イオン分子Ｍにより表面電極１０１のイオンエッチ
ングを行うものであるため、真空蒸着による周波数調整
のように調整後の表面電極が二層の膜にならず、予め表
面電極として成膜した安定な最初の膜のみで表面電極を
構成することができる。またプラズマ発生部位が表面電
極１０１の周囲であるため、プラズマＰ中の陽イオン分
子Ｍが表面電極以外の部材に衝突して不純物が生じるこ
ともなく、クリーンな環境で周波数調整を行うことがで
きる。このように表面電極が安定した層からなり、かつ
表面電極への不純物の付着も防止されることから、安定
度の高い水晶振動子が得られる。

【００４１】また、この装置では、一対の磁石体３ａ、
３ｂの磁界によりプラズマＰ中の陽イオン分子Ｍが水晶
振動子１００の表面電極１０１の周囲に集中するので、
陽イオン分子Ｍによる電極表面のイオンエッチングを効
率よく行うことができる。

【００４２】図３はこの発明の他の実施形態を示すもの
であり、同図に示す周波数調整装置は調整室１内にプラ
ズマ形成電極７を備え、プラズマ形成電極７は水晶振動
子１００（周波数調整対象）の周囲に配置され、その水
晶振動子１００の全体を覆うように形成されている。

【００４３】プラズマ形成電極７は直流電源２のプラス
端子２ｂに、また水晶振動子１００の表面電極１０１は
リード線１０２を介してアースに接続されており、この
アースとしては周波数測定器５の一部を構成するπ回路
または発振回路等のアースを利用できる。

【００４４】つまり、この実施形態装置は、プラズマＰ
の形成にあたり、水晶振動子１００の表面電極１０１を
直流電源２のマイナス端子２ａでなく、アースに接続し
たものである。

【００４５】このように接続してプラズマ形成電極７に
直流電圧を印加すると、上記実施形態と同じく、水晶振
動子１００の表面電極１０１が負の電位に設定されると
ともに、水晶振動子１００の周囲のガスがイオン化し、
これによりプラズマ形成電極７の内側７ａで水晶振動子
１００の周囲にプラズマＰが形成される。

【００４６】プラズマ形成電極７の外側面には絶縁体８
が一体に密着して取り付けられており、この絶縁体８は
電極外側７ｂにプラズマＰが発生するのを防止するた
め、プラズマ形成電極７の全体を十分にカバーできる大
きさを有する。

【００４７】このようなプラズマ形成電極７と絶縁体８
からなるプラズマ封止室９にはガス導入口１０が形成さ
れている。つまり、プラズマＰの形成に用いられるアル
ゴンその他の不活性ガスＧは、プラズマ封止室９の外側
からガス導入口１０を経てプラズマ封止室９の内側に導
かれる。

【００４８】水晶振動子１００のベース部１０３を載置
するベース設置部１１とプラズマ封止室９の端部９ａと
の間には間隙１２が設けられており、この間隙１２はプ
ラズマ封止室９内の不活性ガスＧを外部に排気するため
のガス排気口として形成されている。この際、当該隙間
１２が開きすぎると、そこからプラズマＰが漏れるた
め、隙間１２はプラズマＰの漏れが生じない程度の大き
さとする必要がある。したがって、隙間１２の大きさは
不活性ガスＧを排気でき、かつプラズマＰが漏れない程
度とする。

【００４９】このような構成の周波数調整装置において
は、水晶振動子１００の周波数を目的の周波数に調整す
る際は、プラズマ形成電極７の内側に水晶振動子１００
をセットし、そして直流電源２からプラズマ形成電極７
に直流電圧を印加する。

【００５０】これにより、プラズマ形成電極７の内側で
は、水晶振動子１００の周囲の不活性ガスがイオン化
し、この水晶振動子１００の周囲にプラズマＰが発生す
る。

【００５１】そして、水晶振動子１００の表面電極１０
１が負の電位であることから、当該プラズマＰ中の陽イ
オン分子Ｍは表面電極１０１に衝突し、これにより電極
表面の分子が叩き出され、当該表面電極１０１の厚み
（重さ）が減少する。

【００５２】この実施形態装置にあっても、表面電極１
０１の周囲にプラズマＰを形成し、そのプラズマＰ中の
陽イオン分子Ｍを表面電極１０１に衝突させ、これによ
り表面電極１０１の厚み（重さ）の減少を通じて、水晶
振動子１００の周波数を調整するものであるから、前述
の実施形態と同じく、その調整にあたり、高価で高頻度
の保守点検が必要なイオン銃を省略でき、簡単な構造で
低コストに多数の振動子の周波数調整を連続的に行うこ
とが可能となる等の効果を有する。

【００５３】特に、この装置は、プラズマＰの形成に際
し、リード線１０２を介して、水晶振動子１００の表面
電極１０１を直流電源２のマイナス端子２ａでなく、ア
ースに接続したものである。このため直流電源２からリ
ード線１０２を通じて周波数測定器５側に高周波が送出
されること、およびこのルートを経て周波数測定器５側
に直流電流が流れることもなく、よって図１に示すよう
な高周波を阻止するためのインダクタンス素子４、およ
び直流電流を阻止するためのキャパシタンス素子６は不
要であり、これらをすべて省略でき、このような素子
４、６の介在による不具合、すなわち周波数測定の精度
低下を防止でき、高精度な周波数測定が可能となる。

【００５４】なお、上記実施形態装置は、プラズマ形成
電極７を真空の調整室１内に配置したものであるが、こ
の調整室１を省略することもできる。

【００５５】調整室１を省略するには、図４に示す如く
絶縁体８の端部８ａを水晶振動子１００のベース部１０
３に密着させ、これにより絶縁体８の内側空間を密閉す
る、つまり、水晶振動子１００を大気から遮断するため
の隔壁として絶縁体８を構成し、その空間内部へガス導
入およびガス排気口を設けることにより、調整室１の省
略を図る。この場合においても、プラズマ形成電極７を
直流電源２のプラス端子２ｂに、水晶振動子１００の表
面電極１０１をアース側に接続することは上記と同様で
ある。

【００５６】調整室１を省略するに際しては、絶縁体８
でなく、プラズマ形成電極７の端部７ａを水晶振動子１
００のベース部１０３に密着させてもよい。

【００５７】このようにして調整室１を省略すると、プ
ラズマ形成電極７の外側が大気となるので、プラズマ形
成電極７の外側面に絶縁体８がなくとも、プラズマ形成
電極７の内側にのみプラズマＰが形成され、プラズマ形
成電極７の外側にプラズマＰが発生することはない。し
かし絶縁体８は感電防止と密閉のため設ける必要があ
る。

【００５８】絶縁体８には磁界形成手段として一対の磁
石体３ａ、３ｂが取り付けられているが、これは省略す
ることも可能である。

【００５９】プラズマ形成電極７の形状としては箱型、
角のない袋型等が考えられるが、その形状に限定される
ことはなく、水晶振動子１００を覆うことが可能な形状
であれば採用することができる。

【００６０】図５はこの発明に係る周波数調整装置を振
動子製造ラインに設置した例を示すもので、同図に示す
周波数調整装置ａの構成は上記実施形態と同様であるた
め、同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略
する。

【００６１】この周波数調整装置ａの調整室１は第１の
バファ室１ａを介して受入室１ｂに、また第２のバファ
室１ｃを介して取出室１ｄに連通しており、各室１、１
ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの出入口には扉１ｅ、１ｅ…が設
けられている。

【００６２】そして、水晶振動子１００は所定のキャリ
アにセットされた状態で、受入室１ｂから第１のバファ
室１ａを通過して調整室１に移送され、ここで周波数調
整がなされた後、第２のバファ室１ｃを介して取出室１
ｄに搬送される。

【００６３】なお、上記実施形態では周波数調整の対象
を水晶振動子としたが、これに代えて水晶フィルターを
周波数調整の対象としてもよく、また水晶片以外の圧電
素子に表面電極を蒸着形成してなる振動子の周波数調整
を行うこともできる。

【００６４】

【発明の効果】この発明に係る周波数調整装置にあって
は、上記の如く表面電極の周囲に発生するプラズマ中の
陽イオン分子を利用して、表面電極の厚み（重さ）の減
少を図り、振動子の周波数を調整するように構成したも
のである。このため真空蒸着法やイオン銃による周波数
調整と異なり、蒸着に必要な電極材料の供給と補充を行
うための装置や、高価で高頻度の保守点検が必要なイオ
ン銃等が一切省略されることから、簡単な構造で低コス
トに多数の振動子の周波数調整を連続的に行うことがで
きる。

【００６５】しかも、この周波数調整装置によると、プ
ラズマ中の陽イオン分子により表面電極のイオンエッチ
ングを行うものであるため、真空蒸着による周波数調整
のように調整後の表面電極が二層の膜にならず、予め表
面電極として成膜した安定な最初の膜のみで表面電極を
構成することができる。またプラズマ形成部位が表面電
極の周囲であるため、プラズマ中の陽イオン分子が表面
電極以外の部材に衝突して不純物が生じることもなく、
クリーンな環境で周波数調整を行うことができる。した
がって安定度の高い水晶振動子が得られる等の効果を有
する。

【００６６】特に、請求項２および６記載の発明では、
プラズマ中の陽イオン分子が振動子の表面電極の周囲に
集中するので、陽イオン分子による電極表面のイオンエ
ッチングを効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る周波数測定装置の一実施形態を
示す説明図。

【図２】図１に示す周波数測定装置の動作説明図。

【図３】この発明の他の実施形態を示す説明図。

【図４】この発明の他の実施形態を示す説明図。

【図５】この発明に係る周波数測定装置を振動子製造ラ
インに設置した例の説明図。

【図６】従来の周波数測定装置の説明図。

【図７】従来の周波数測定装置の説明図。

【符号の説明】

２ 直流電源（電位設定手段、プラズマ発生手段） ３ａ、３ｂ 磁石体（磁界形成手段） ４ インダクタンス素子 ６ キャパシタンス素子 ７ プラズマ形成電極 ８ 絶縁体 １００ 水晶振動子 １０１ 表面電極 Ｐ プラズマ Ｍ 陽イオン分子

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶片等の圧電素子に表面電極を蒸着形
   成してなる振動子の周波数調整装置であって、 上記振動子の表面電極の周囲にプラズマを発生させるプ
   ラズマ発生手段と、 上記振動子の表面電極を負の電位に設定する電位設定手
   段と、 を備えてなることを特徴とする周波数調整装置。
2. 【請求項２】 プラズマを振動子の表面電極の周囲に集
   中させるための、磁界を形成する磁界形成手段を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の周波数調整装置。
3. 【請求項３】 プラズマ発生手段と電位設定手段が、 プラス端子をアースに接続し、かつマイナス端子を振動
   子の表面電極側に接続した一つの直流電源からなること
   を特徴とする請求項１記載の周波数調整装置。
4. 【請求項４】 プラズマ発生手段および電位設定手段
   が、 振動子の周囲に位置し、当該振動子を覆うプラズマ形成
   電極と、 上記プラズマ形成電極の外側にプラズマが発生するのを
   防止する絶縁体とを有し、 上記プラズマ形成電極を直流電源のプラス端子に接続す
   るとともに、振動子の表面電極をアースに接続してなる
   ことを特徴とする請求項１記載の周波数調整装置。
5. 【請求項５】 磁気形成手段が、 振動子の表面または外周側に位置し、かつ振動子を介し
   て互いに対向する一対の磁石体からなることを特徴とす
   る請求項２記載の周波数調整装置。
6. 【請求項６】 振動子の表面電極と直流電源のマイナス
   端子との間に、コイル等のインダクタンス素子を介挿す
   る一方、振動子の表面電極とこの表面電極に接続される
   π回路または発振回路との間に、コンデンサ等のキャパ
   シタンス素子を介挿したことを特徴とする請求項３記載
   の周波数調整装置。
7. 【請求項７】 絶縁体の端部を水晶振動子のベース部に
   密着させ、これにより絶縁体の内側空間を密閉してなる
   ことを特徴とする請求項４記載の周波数調整装置。