(57)【要約】【課題】所望の測定精度を保って周波数測定を実施できる反射測定治具を提供する。【解決手段】反射測定治具は本体１と、本体１内に設けられ、ネットワーク・アナライザと結ぶケーブルの端からワークの端子までの延長線路のインピーダンスを保障する、プリント化された伝送線路を有する基板２と、基板２の伝送線路からワークの端子にかけて延在し、入射波および反射波を授受する一対のプローブ５、６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、前記本体内に設けられ、ネットワーク・アナライザと結ぶケーブルの端からワークの端子までの延長線路のインピーダンスを保障する、プリント化された伝送線路を有する基板と、前記基板の伝送線路からワークの端子にかけて延在し、入射波および反射波を授受する一対のプローブとを備える反射測定治具。
【請求項２】
前記基板の伝送線路と接続する、所定の負荷容量を持つ高周波用トリマーを備える請求項１記載の反射測定治具。
【請求項３】
前記本体が電気長に沿って定める縦軸を有し、前記基板が前記縦軸と平行に装着される請求項１または２記載の反射測定治具。
【請求項４】
前記トリマーが可変容量コンデンサからなる請求項２記載の反射測定治具。
【請求項５】
前記一対のプローブが前記基板の伝送線路に一対のプローブ・ソケットを介して接続される請求項１記載の反射測定治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高い測定精度を保って高周波水晶振動子の周波数を測定するのに好適な反射測定治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数安定度に優れる水晶振動子は様々な通信機器を含む、多くの電子機器に周波数および時間の基準源として広く使用されている。典型的なものとして、いわゆるＡＴカットの水晶振動子が知られており、これは中央部に溝を設けて振動部を薄く形成し、高周波数化を実現したものである。
【０００３】
ところで、水晶振動子の高周波数化が進む中で製造上におけるネックになることが予想されるのは周波数調整が低周波数の水晶振動子と比べて著しく困難になることである。たとえば、低周波数の水晶振動子の周波数調整はこれまで発信器と周波数カウンタとを用いた方法と、π回路を用いた方法とが使用されており、特にπ回路による方法は回路の直列共振周波数と被測定周波数との位相差がゼロになる点をネットワーク・アナライザで正確に測定（±０．１ｐｐｍ精度）できることから、１ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲の周波数測定では汎用的に利用されている。
【０００４】
しかしながら、π回路を使用して周波数２００ＭＨｚを超える水晶振動子を測定したとき、全伝送系が周波数測定に関わることで直列共振周波数と被測定周波数との位相差が大きくなり、その補正が困難になることから、ゼロ位相法での測定誤差の増大によって測定精度に信頼をおけなくなる。それゆえ、周波数２００ＭＨｚを超える水晶振動子の周波数調整はπ回路に頼らない、別の手段を見出す必要がある。
【０００５】
このπ回路を使用したゼロ位相法による水晶振動子の共振周波数の測定方法は、たとえば「水晶振動子通則−JIS C 6701」（非特許文献１）によって詳細を知ることができる。
【非特許文献１】「π回路を使用したゼロ位相法による水晶振動子の共振周波数及び等価抵抗の基本的測定法」、JIS C 6701、財団法人日本規格協会、平成１１年５月３１日、ｐ１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高周波水晶振動子の製造では電極質量を調整するのにスパッタリング法を使用して高精度の加工を実現する。スパッタリング法によるとき、ワークは周囲の環境から完全に隔てられた高真空のチャンバ内に置いてイオンビームをワークの電極に照射する。通常、チャンバ内部へのイオンビームの照射はイオンガンによって行われ、イオンガンがチャンバの下方に配置されることから、ワークの電極は下向きに、一方周波数測定で反射電圧信号を得るワークの端子は上向きに位置決めされる。この位置決めに合わせてネットワーク・アナライザによる周波数測定はワークの端子との確実な導通を保つことのできる測定治具を用いて実施される。
【０００７】
しかしながら、これまでチャンバのワーク近傍に装着して自身の正確な位置決めのもととで高周波水晶振動子の周波数測定を実施できる反射側定治具は見出されていない。すなわち、反射測定治具は治具自身が測定精度に深く関わるので、工程検査において使用する測定治具の位置決めが不確定なままであると、線路長が変化する可能性があり、また較正誤差が大きくなったときに測定精度を著しく悪化させてしまう。
【０００８】
さらに、従来のπ回路を用いた周波数測定ではπ回路の抵抗のインピーダンス値が高周波帯（２００ＭＨｚ）までは保証されていないので、共振周波数などの測定で誤差が生じる。また、π回路の抵抗から水晶振動子のプローブ端まで線で接続されることから、インピーダンスが整合できず、この不整合によって誤差が発生する。
【０００９】
一方、負荷容量を含む水晶振動子の共振周波数の測定ではπ回路などの直列測定で用いる測定手段が使用できず、高周波水晶振動子の仕様周波数に精度よく合わせる手立てがない。
【００１０】
本発明の目的は所望の測定精度を保って周波数測定を実施できる反射測定治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は本体と、本体内に設けられ、ネットワーク・アナライザと結ぶケーブルの端からワークの端子までの延長線路のインピーダンスを保障する、プリント化された伝送線路を有する基板と、基板の伝送線路からワークの端子にかけて延在し、入射波および反射波を授受する一対のプローブとを備えるものである。
【００１２】
高周波水晶振動子の周波数測定では、低周波の場合と相違して波長が短くなるために測定治具線路長の長さが測定精度に影響することが知られており、線路長分の位相変化によりゼロ位相法による周波数測定では誤差が発生する。本発明では伝送系のうち、ワークの端子までの延長線路を直列測定用特性インピーダンスとの整合を図り、確定したインピーダンス値を持つ基板によって単独に構成する。これにより、測定治具自身に正確な位置決めを与え、かつ意図した通りの特性を付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明による反射測定治具の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）において、本実施の形態の反射測定治具はシールド効果のある、たとえば、アルミニウム合金などの材料から製作される本体１を備える。この本体１は電気長に沿って定める縦軸Ｖを有する。本体１の正面に縦軸Ｖと平行に基板２を装着している。基板２はセラミック製で、プリント配線で形成されるマイクロストリップ線路を備える。このマイクロストリップ線路による伝送線路は伝送系のうち、ネットワーク・アナライザと結ぶケーブルの端からワークの端子までの延長線路を単独に構成する。この伝送線路は直列測定用特性インピーダンスとの整合を図り、厳密に設計されたインピーダンス値を保持する。
【００１４】
基板２は伝送線路との接続を良好に保って取り付けた一対のプローブ・ソケット３、４を備える。このプローブ・ソケット３、４にそれぞれプローブ５、６を装着している。電気長の末端となるプローブ５、６は本体１の下方に突出しており、周波数測定時にはワークの端子と接し、入射および反射電圧信号を授受する。すなわち、一方が入射電圧を与え、他方が反射電圧を受ける。
【００１５】
本体１は基板２を保護するカバー７を有する。カバー７はプローブ５、６の位置合わせでプローブ先端を目視できるようにカバー７の正面を切り欠いて形成される窓８を有する。カバー７は２個のボルト９によって本体１に固定される。また、本体１の上部に図示しない信号伝送用ケーブルと結ぶレセプタクル１０を備える。
【００１６】
周波数測定は以下のように実施する。初めに、図２に示すネットワーク・アナライザＮＡからケーブルＣの端（ａ−ｂ間）についてネットワーク・アナライザの周波数を測定対象のワークの公称周波数の近傍に合わせ、ショート、オープン、５０の標準抵抗を順に挿入して較正する。ケーブルＣの端から測定治具Ｍ、すなわちワークＷの端子までの延長線路（ｂ−ｃ間）はネットワーク・アナライザＮＡが特性インピーダンスの確定した基板２によって自動的に補正する。
【００１７】
次いで、ネットワーク・アナライザＮＡから入射電圧をケーブルＣ、基板２、プローブ５を通してチャンバ内のワークＷに印加する。次いで、ワークＷの端子からプローブ６を通して与えられる反射電圧信号をネットワーク・アナライザＮＡに導く。ワークＷの共振点および反射共振点付近の周波数と抵抗とを測定する。コンピュータが得られたデータに基づいてアドミッタンス円線図を近似することにより共振周波数と直列抵抗とを計算する。
【００１８】
一般に、高周波の場合、波長が短くなるために伝送系の一部をなす測定治具線路長の長さが無視できない。この結果、線路長分の位相変化が生じ、ゼロ位相法による周波数測定では誤差が発生する。本実施の形態では伝送系のうち、ワークＷの端子までの延長線路を特性インピーダンスの確定した基板２によって単独に構成するので、測定治具自身に正確な位置決めを与え、かつ意図した通りの特性を付与することができる。
【００１９】
また、ワークの端子とプローブ先端との位置合わせはカバー７の窓８を通して直接目視で確かめながら、正確にプローブ先端を端子に合わせることが可能で、位置合わせに特別な手段を使用せず、手間を掛けず簡単に行うことができる。
【００２０】
さらに、従来、ワークと基板とが平行になる配置を採用した場合にワークの端子と導通用ピンとが接触したとき、端子と基板のベタグランド面とが密着することで、基板パターン間のストレーキャパシタンスが無視できなくなり、水晶振動子の本来のＣＯ値に誤差が発生する懸念があるが、本実施の形態においては基板姿勢が本体１の縦軸Ｖと平行な縦向きの配置を採用するので、グランドパターンと水晶振動子との間の残留キャパシタンスの影響が小さくなり、測定治具の残留誤差成分が低下して周波数測定での再現性を向上させることが可能になる。
【００２１】
また、プローブ５は基板２の伝送線路の範囲内において位置を変えることが可能で、たとえば水晶振動子のパッケージ・サイズが変わっても、それに応じてプローブ位置を変更するだけで共振周波数を測定することができる。これにより、高周波設計では新たに基板線路パターンを設計する必要がなく、同一基板２を繰り返し使用することが可能になる。
【００２２】
本発明の上記と異なる実施の形態について説明する。本実施の形態は容量を含む水晶振動子の反射測定治具である。図３（ａ）（ｂ）に示すように、反射測定治具はシールド効果のある材料から製作される本体１１を備える。この本体１１は電気長に沿って定める縦軸Ｖを有する。本体１１の正面に縦軸Ｖと平行に基板１２を装着している。基板１２はプリント配線で形成されるマイクロストリップ線路を備える。このマイクロストリップ線路による伝送線路は伝送系のうち、ワークの端子までの延長線路を単独に構成する。これは直列測定用特性インピーダンスとの整合を図り、厳密に設計されたインピーダンス値を有する。
【００２３】
本実施の形態は基板１２上に伝送線路と接続している、負荷時周波数を決定するための高周波用トリマー１３を備える。これは決められた負荷容量を持つ可変容量コンデンサからなる。
【００２４】
さらに、基板１２は伝送線路との接続を良好に保って取り付けた一対のプローブ・ソケット３、４を備える。このプローブ・ソケット３、４にそれぞれプローブ５、６を装着している。プローブ５、６は本体１１の下方に突出しており、周波数測定時にはワークの端子と接し、入射および反射電圧信号を授受する。
【００２５】
本体１１は基板１２を保護するカバー１４を有する。カバー１４はプローブ５、６の位置合わせでプローブ先端を目視できるようにカバー１４の正面を切り欠いて形成される窓１５を備える。
【００２６】
図４に示すように、トリマー１３は基板１２上に伝送線路との良好な接続を保つように装着される。
【００２７】
容量を含む水晶振動子の周波数調整は容量で変化する周波数分をオフセットする方法で調整するのが一般的である。測定治具にトリマー１３を使用する本実施の形態では周波数の変化を見越すことなく、直接測定して容量を含めて周波数を実測する。測定での負荷容量の較正は次のように実施する。測定治具をキャパシタンス計などの測定器を用いて容量値を所望の値に合わせる。次いで、容量を含む周波数を周波数データが既知の完成振動子を測定し、その周波数になるようにトリマー１３を微調整する。
【００２８】
負荷容量を含む水晶振動子が高周波になればなる程、容量を含む伝送系の較正は極めて難しく、較正誤差によって高周波水晶振動子は実質的に１０ｐｐｍ以内の高精度での測定が困難であるが、本実施の形態ではトリマー１３を既知の周波数に合わせて調整することで、高周波水晶振動子を１０ｐｐｍ以内の周波数制度を保って測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による反射測定治具を示すもので、（ａ）は反射測定治具の正面図、（ｂ）は反射測定治具の側面図である。
【図２】本発明による反射測定治具の較正方法を示す説明図である。
【図３】本発明の異なる実施の形態を示すもので、（ａ）は反射測定治具の正面図、（ｂ）は反射測定治具の側面図である。
【図４】図３に示される高周波用トリマーの基板への装着状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１、１１…  本体
２、１２…  基板
３、４…  プローブ・ソケット
５、６…  プローブ
７、１４…  カバー
１３…  トリマー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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