(57)【要約】【課題】水晶振動子と、これを発振させるＩＣ回路とが、互いを接続する配線が外部に露出しないようパッケージ内に封止された水晶発振器において、実際にパッケージに封止した状態で水晶振動子の良否を判定できる判定方法を提供する。【課題の解決手段】水晶振動子の良否判定方法は、判定対象の水晶振動子１と、これを発振させるＩＣ回路２とが、互いを接続する配線が外部に露出しないようパッケージ内に封止されるとともに、外部信号を入力する入力端子ＩＮを備え、外部からの制御信号によりＩＣ回路２の負性抵抗値を変化させる手段を有する水晶発振器１０を用い、負性抵抗値を変化させつつ発振出力を監視し、発振を停止した時及び／又は発振を開始した時の負性抵抗値により水晶振動子の直列共振抵抗値を求め、この直列共振抵抗値とＩＣ回路設計時に設定した負性抵抗値との関係に基づいて水晶振動子の良否を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
判定対象の水晶振動子と、これを発振させるＩＣ回路とが、互いを接続する配線が外部に露出しないようパッケージ内に封止されるとともに、外部信号を入力する端子を備え、外部からの制御信号により前記ＩＣ回路の負性抵抗値を変化させる手段を有する水晶発振器を用い、負性抵抗値を変化させつつ発振出力を監視し、発振を停止した時及び／又は発振を開始した時の負性抵抗値により前記水晶振動子の直列共振抵抗値を求め、この直列共振抵抗値と前記ＩＣ回路の設計時に設定した負性抵抗値との関係に基づいて前記水晶振動子の良否を判定することを特徴とする水晶振動子の良否判定方法。
【請求項２】
ＩＣ回路の負性抵抗値を変化させる手段は、ＩＣ回路の増幅部への供給電圧を変化させる手段であることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子の良否判定方法。
【請求項３】
ＩＣ回路の負性抵抗値を変化させる手段は、ＩＣ回路の増幅部の増幅度を変化させる手段であることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子の良否判定方法。
【請求項４】
ＩＣ回路の負性抵抗値を変化させる手段は、ＩＣ回路の負荷容量の容量値を変化させる手段であることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子の良否判定方法。
【請求項５】
判定対象の水晶振動子と、これを発振させるＩＣ回路と、外部信号を入力する端子と、この端子から入力した外部からの制御信号により前記ＩＣ回路の負性抵抗値を変化させる手段とを備え、前記水晶振動子と前記ＩＣ回路を接続する配線が外部に露出しないよう全体がパッケージ内に封止されてなる前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の水晶振動子の良否判定方法に用いる水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子の良否判定方法及びこの方法に用いる水晶発振器に関し、特に、判定対象の水晶振動子と、これを発振させるＩＣ回路とが、互いを接続する配線が外部に露出しないようパッケージ内に封止されてなる水晶発振器における水晶振動子の良否判定方法及びこの方法に用いる水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水晶発振器には、パッケージ内に封止された水晶振動子とこれを発振させるＩＣ回路を接続する配線が、パッケージの外部に露出して構成されているもの（以下、便宜上露出型という。）と、パッケージの外部には露出しないように構成されているもの（以下、便宜上非露出型という。）とがある。そして、露出型の場合は、水晶振動子とＩＣ回路をパッケージ内に封止後に、外部に露出した電極を利用して水晶振動子の特性を検査し、その良否を判定している。一方、非露出型の場合は、水晶振動子とＩＣ回路をパッケージ内に封止した後は、水晶振動子の特性を検査することができないため、パッケージ内に封止する前に、水晶振動子の特性を検査し、その良否を判定している。
【０００３】
上記露出型の水晶発振器は、露出した配線に起因する静電気破壊を生じるという不都合があり、また、パッケージの小型化にともない、外部に露出した電極を利用した検査は困難になってきたので、近年では、非露出型の水晶発振器が望まれており、このパッケージ内に封止状態にある非露出型の水晶発振器における水晶振動子の良否判定方法の実現が要望されている。
【０００４】
しかしながら、従来、パッケージ内に封止状態にある非露出型の水晶発振器における水晶振動子の良否判定方法は知られていない。一方、従来知られているパッケージ内に封止する前に行われている、水晶振動子の特性を直接検査する方法以外の良否判定方法としては、直流入力電圧に従って増幅率が変化するＡＧＣ増幅回路を少なくとも１つ有する、判定対象の水晶振動子が接続された水晶発振回路を用い、例えば、直流入力電圧を増大させて水晶発振回路が発振を開始したときの直流入力電圧の最大値を測定し、その測定最大値に従って水晶振動子の良否を判定する方法がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４２２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記判定方法は、直流入力電圧に従って増幅率が変化するＡＧＣ増幅回路を有する、判定対象の水晶振動子が接続された水晶発振回路という、特別な判定用回路を用いて、水晶振動子とこれを発振させるＩＣ回路をパッケージ内に封止することなく行う良否判定法なので、パッケージ封止に際しては、水晶振動子は判定時とは異なったＩＣ回路と接続されることになるため、水晶振動子が必ずしも判定時と同様な動作をするとは限らず、その信頼性は高いとはいえないものである。また、上記判定方法は、パッケージ封止状態で行うものではないので、上述の要望にも応えることができないものであり、さらには、上記判定用の水晶発振回路自体をパッケージ内に封止して、非露出型の水晶発振器として使用することは実際上不可能である。本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、実際にパッケージに封止した状態の非露出型の水晶発振器において、水晶振動子の良否を判定できる判定方法及びこの方法に用いる水晶発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一般に、水晶振動子を発振させるＩＣ回路の負性抵抗値よりも水晶振動子の直列共振抵抗値が大きい場合には発振しないということが知られている。したがって、発振を停止した時、または発振を開始した時の負性抵抗値を、概ね水晶振動子の直列共振抵抗値とみなすことができる。また、負性抵抗（−ＲＬ）は、発振周波数の角周波数をωとし、インバータの相互コンダクタンスをｇｍとし、負荷容量の容量値をＣｄ，Ｃｇとすると、−ＲＬ≒−ｇｍ／（ω２・Ｃｄ・Ｃｇ）と表されるので、ＩＣ回路の設計時に所望値の負性抵抗（−ＲＬ）の値を設定することができる。さらに、負性抵抗値を変化させることで発振状態を変更することができるが、負性抵抗値はＩＣ回路の構成によって変化することが知られている。すなわち、上述した式の相互コンダクタンスｇｍや、負荷容量の容量値Ｃｄ，Ｃｇを変えることで、負性抵抗（−ＲＬ）の値が変わる。本発明は、これら公知の事項を応用することにより、非露出型の水晶発振器が実際にパッケージに封止された状態で水晶振動子の良否を判定する方法及びこの方法に用いる水晶発振器である。
【０００８】
本発明に係る水晶振動子の良否判定方法は、判定対象の水晶振動子と、これを発振させるＩＣ回路とが、互いを接続する配線が外部に露出しないようパッケージ内に封止されるとともに、外部信号を入力する端子を備え、外部からの制御信号により前記ＩＣ回路の負性抵抗値を変化させる手段を有する水晶発振器を用い、負性抵抗値を変化させつつ発振出力を監視し、発振を停止した時及び／又は発振を開始した時の負性抵抗値により前記水晶振動子の直列共振抵抗値を求め、この直列共振抵抗値と前記ＩＣ回路の設計時の負性抵抗値との関係に基づいて前記水晶振動子の良否を判定するものである。より具体的には、負性抵抗値が直列共振抵抗値の5倍以上であれば良品、5倍に達しなければ不良品と判定する。そして、前記ＩＣ回路の負性抵抗値を変化させる手段は、ＩＣ回路の増幅部への供給電圧を変化させる手段、または、ＩＣ回路の増幅部の増幅度を変化させる手段、あるいは、ＩＣ回路の負荷容量の容量値を変化させる手段、で構成すると好適である。
【０００９】
また、本発明に係る水晶振動子の良否判定方法に用いる水晶発振器は、判定対象の水晶振動子と、これを発振させるＩＣ回路と、外部信号を入力する端子と、この端子から入力した外部からの制御信号により前記ＩＣ回路の負性抵抗値を変化させる手段とを備え、前記水晶振動子と前記ＩＣ回路を接続する配線が外部に露出しないよう全体がパッケージ内に封止されてなるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る水晶振動子の良否判定方法によれば、判定対象の水晶振動子と、これを発振させるＩＣ回路と、これらを接続する配線など全体が、パッケージ内に封止された状態で、水晶振動子の良否判定を行うので、製品化状態での水晶振動子の良否を正確に判定できるという効果を奏する。
【００１１】
また、本発明に係る水晶振動子の良否判定方法に用いる水晶発振器によれば、製品化状態での水晶振動子の良否を正確に判定する方法に用いて最適であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図。
【図２】本発明の第２実施形態を示す縦断面図。
【図３】本発明の第３実施形態を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る水晶振動子の良否判定方法及びこの方法に用いる水晶発振器の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。ここにおいて、図１は第１実施形態である、ＩＣ回路の負性抵抗値を変化させる手段がＩＣ回路の増幅部への供給電圧を変化させる手段である場合の回路図、図２は第２実施形態である、ＩＣ回路の負性抵抗値を変化させる手段がＩＣ回路の増幅部の増幅度を変化させる手段である場合の回路図、図３は第３実施形態である、ＩＣ回路の負性抵抗値を変化させる手段がＩＣ回路の負荷容量の容量値を変化させる手段である場合の回路図である。
【００１４】
まず、第１実施形態を説明する。図１に示すように、水晶発振器１０は、判定対象となる固有の周波数で振動する電圧を発生する水晶振動子１と、これを発振させるためのＩＣ回路２とからなり、外部からの制御信号を入力する入力端子ＩＮを有している。ＩＣ回路２は、水晶振動子１と並列に接続され、その振動電圧を増幅する増幅部であるインバータ３と、このインバータ３に並列に接続された帰還抵抗４と、前記インバータ３の入力端と出力端に各一方の電極が接続され、各他方の電極は接地された負荷容量５，６とを備えている。
【００１５】
インバータ３には、電圧レギュレータ７から電源電圧が供給され、この電圧レギュレータ７の電圧供給量は、外部からの制御信号が入力端子ＩＮを介して入力する電圧コントローラ８によって制御される。この電圧レギュレータ７と電圧コントローラ８とによって、負性抵抗値を変化させる手段である、増幅部たるインバータ３への供給電圧を変化させる手段を構成する。そして、水晶発振器１０は、図示してはいないが、全体がセラミックパッケージ内に封止された状態にある。
【００１６】
一般に、インバータ３の電源電圧が小さくなると、その相互コンダクタンスが小さくなって、負性抵抗値が小さくなる一方、インバータ３の電源電圧が大きくなると、その相互コンダクタンスが大きくなって、負性抵抗値が大きくなるということが知られている。また、一般に、負性抵抗値よりも水晶振動子１の直列共振抵抗値が大きい場合には発振しないので、発振を停止した時の負性抵抗値を、概ね水晶振動子１の直列共振抵抗値とみなすことができる。さらに、負性抵抗値は、ＩＣ回路２の設計時に求めることができ、回路設計によって所望値に設定することが可能である。本実施形態にあっては、これら公知の事項に基づいて、水晶振動子１の良否を判定する。
【００１７】
具体的には、水晶発振器１０を発振動作させ、その発振出力をオシロスコープなどで監視する一方、外部からの制御信号によって、電圧コントローラ８を介して、電圧レギュレータ７によるインバータ３に対する電圧供給量を制御し、ＩＣ回路２の負性抵抗値を調整して、徐々に小さくしていく。そして、発振を停止した時の負性抵抗値を水晶振動子１の直列共振抵抗値とし、ＩＣ回路２の設計時に設定した負性抵抗値が、前記直列共振抵抗値の５倍以上であれば、水晶振動子１は良品、5倍に達しなければ不良品と判定する。この良否判定の基準は、実験により確認したものである。
【００１８】
水晶振動子１の良否判定後の水晶発振器１０の使用に際しては、電圧レギュレータ７によるインバータ３に対する電圧供給量がＩＣ回路２設計時の設定値になるよう、外部制御信号によって、電圧コントローラ８で制御する。
【００１９】
次に、第２実施形態を説明する。図２に示すように、水晶発振器２０は、判定対象となる固有の周波数で振動する電圧を発生する水晶振動子１１と、これを発振させるためのＩＣ回路１２とからなり、外部からの制御信号を入力する入力端子ＩＮを有している。ＩＣ回路１２は、水晶振動子１１とそれぞれ並列に接続され、その振動電圧を増幅する増幅部たる４つのインバータ１３，１４，１５，１６と、これらのインバータ１３，１４，１５，１６に並列に接続された帰還抵抗１７と、前記各インバータ１３，１４，１５，１６の入力端と出力端に各一方の電極が接続され、各他方の電極は接地された負荷容量１８，１９とを備えている。また、前記インバータ１３を除く各インバータ１４，１５，１６の入力側には、それぞれトランジスタなどからなるスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が設けられている。これらスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３には、前記入力端子ＩＮからスイッチ選択回路３３を介して制御信号が入力するよう構成されている。
【００２０】
外部からの制御信号でスイッチ選択回路３３を制御し、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を各別にオンオフすることによって、インバータ１３に加えて、動作する各インバータ１４，１５，１６を選択することができ、これによって増幅部の増幅度を変えることができる。すなわち、各インバータ１３，１４，１５，１６と、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３と、スイッチ選択回路３３とによって、負性抵抗値を変化させる手段たる、ＩＣ回路１２の増幅部であるインバータ１３，１４，１５，１６の増幅度を変化させる手段を構成する。そして、水晶発振器２０は、図示してはいないが、全体がセラミックパッケージ内に封止された状態にある。
【００２１】
一般に、インバータ１３，１４，１５，１６の並列に接続する数を増加することで増幅度を増加することができ、これによってその相互コンダクタンスが大きくなって、負性抵抗値は大きくなる一方、インバータ１３，１４，１５，１６の並列に接続する数を減少することで増幅度を減少することができ、これによってその相互コンダクタンスが小さくなって、負性抵抗値は小さくなるということが知られている。本実施形態にあっては、第１実施形態において説明した公知の事項中、インバータ３の電源電圧と、相互コンダクタンス及び負性抵抗値との関係に変えて、インバータ１３，１４，１５，１６の並列に接続する数による増幅度の増減と相互コンダクタンス及び負性抵抗値との関係を応用して、水晶振動子１１の良否を判定するものである。
【００２２】
具体的には、各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３をオン状態にして、水晶発振器１０を発振動作させ、その発振出力をオシロスコープなどで監視する一方、外部からの制御信号によるスイッチ選択回路３３の制御によって、各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を順次オフ状態とし、インバータ１３，１４，１５，１６からなる増幅部の増幅度を減少して、ＩＣ回路１２の負性抵抗値を徐々に小さくしていく。そして、発振を停止した時の負性抵抗値を水晶振動子１１の直列共振抵抗値とし、ＩＣ回路１２設計時に設定した負性抵抗値が、前記直列共振抵抗値の５倍以上であれば、水晶振動子１１は良品、5倍に達していなければ不良品と判定する。
【００２３】
水晶振動子１１の良否判定後の水晶発振器２０の使用に際しては、インバータ１３，１４，１５，１６の増幅度がＩＣ回路１２設計時の設定値になるよう、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のオンオフ状態をスイッチ選択回路３３により制御するものである。通常は、すべてのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３をオン状態として使用する。
【００２４】
次に、第３実施形態を説明する。図３に示すように、水晶発振器３０は、判定対象となる固有の周波数で振動する電圧を発生する水晶振動子２１と、これを発振させるためのＩＣ回路２２とからなり、外部からの制御信号を入力する入力端子ＩＮを有している。ＩＣ回路２２は、水晶振動子２１と並列に接続され、その振動電圧を増幅する増幅部たるインバータ２３と、このインバータ２３に並列に接続された帰還抵抗２４と、前記インバータ２３の入力端と出力端に各一方の電極が接続され、各他方の電極は接地された負荷容量２５，２６及び可変負荷容量２７，２８を備えている。前記各可変負荷容量２７，２８には、前記入力端子ＩＮから制御信号が入力するよう構成されている。
【００２５】
外部からの制御信号により、各可変負荷容量２７，２８の容量値を変化させることにより、負荷容量値を変化させることができる。すなわち、各可変負荷容量２７，２８が、負性抵抗値を変化させる手段たる、負荷容量２５，２６，２７，２８の容量値を変化させる手段を構成する。そして、水晶発振器３０は、図示してはいないが、全体がセラミックパッケージ内に封止された状態にある。
【００２６】
一般に、負荷容量２５，２６，２７，２８の容量値を増加することで、負性抵抗値は小さくなる一方、前記容量値を減少することで、負性抵抗値は大きくなるということが知られている。本実施形態にあっては、第１実施形態において説明した公知の事項中、インバータ３の電源電圧と、相互コンダクタンス及び負性抵抗との関係に変えて、負荷容量値と負性抵抗値との関係を応用して、水晶振動子３１の良否を判定するものである。
【００２７】
具体的には、各可変負荷容量２７，２８の容量値を最小にした状態で、水晶発振器３０を発振動作させ、その発振出力をオシロスコープなどで監視する一方、外部からの制御信号によって、各可変負荷容量２７，２８の容量値を順次増大して、ＩＣ回路２２の負性抵抗値を徐々に小さくしていく。そして、発振を停止した時の負性抵抗値を水晶振動子３１の直列共振抵抗値とし、ＩＣ回路２２の設計時に設定した負性抵抗値が、前記直列共振抵抗値の５倍以上であれば、水晶振動子３１は良品、5倍に達しなければ不良品と判定する。
【００２８】
水晶振動子２１の良否判定後の水晶発振器３０の使用に際しては、各負荷容量２５，２６及び各可変負荷容量２７，２８による負荷容量値が回路設計時の設定値になるよう、各可変負荷容量２７，２８の容量値を制御する。通常は、各可変負荷容量２７，２８の容量値は、最小に設定される。
【００２９】
なお、上述の各実施形態では、負性抵抗値を変化させていき、発振を停止した時の負性抵抗値を水晶振動子１，１１，２１の直列共振抵抗値としたが、これとは逆に、発振を開始した時の負性抵抗値を水晶振動子１，１１，２１の直列共振抵抗値として、ＩＣ回路２，１２，２２の設計時に設定した負性抵抗値と比較することにより、水晶振動子１，１１，２１の良否を判定してもよい。また、発振を停止した時と、発振を開始した時の、２状態時の負性抵抗値から水晶振動子１，１１，２１の直列共振抵抗値を求めて、この値をＩＣ回路２，１２，２２の設計時に設定した負性抵抗値と比較することにより、水晶振動子１，１１，２１の良否を判定してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１，１１，２１      水晶振動子
２，１２，２２      ＩＣ回路
３，１３，１４，１５，１６，２３      インバータ
４，１７，２４      帰還抵抗
５，６，１８，１９，２５，２６      負荷容量
７      電圧レギュレータ
８      電圧コントローラ
２７，２８      可変負荷容量
１０，２０，３０      水晶発振器
３３      スイッチ選択回路
ＩＮ      入力端子
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３      スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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