(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子の製造または検査工程において、
可変周波数レンジおよび可変振幅レベルの検査信号を出力する検査信号源と、
前記信号源の出力信号を前記水晶振動子に印加するための一対の検査用電極と、
前記電極を介して前記水晶振動子に流れた電流、または前記水晶振動子を通過した信号レベルを計測する計測手段と、および
前記計測手段の出力を記憶する記憶手段とを用いて前記水晶振動子の割れ、欠け、傷を検査する水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法であって、
この方法は、
前記信号源から同じ周波数レンジでかつ振幅レベルが異なった検査信号を前記水晶振動子に複数回印加する工程と、
前記計測手段により前記電極を介して各検査信号に対応して、前記水晶振動子に流れた電流、または前記水晶振動子を通過した信号レベルを計測する工程と、
前記計測手段によって計測された出力信号を記憶する記憶工程と、
前記記憶手段に記憶されている前記計測手段の出力信号を、それぞれ同じ周波数の検査信号に対応するもの同士で比較し、その差が予め定めた閾値より大きい場合に不良とする工程と、
を含むことを特徴とする水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水晶振動子やセラミック振動子は、一般に以下のようにして製造される。
まず、水晶片あるいはセラミック片( 以下、「振動子片」と呼ぶ) を結晶から切出すか、または焼成するなどした後、所定の外形寸法および厚さに研磨する。
続いて振動子片に金属を蒸着して電極を形成し、さらに蒸着量を調節して振動子の振動周波数を微調整した後、所定のパッケージに納めて完成する。
【０００３】
金属蒸着をする前の振動子片に割れ，欠け，傷などがあると、完成した振動子に印加する電力を変化させた場合、クリスタルインピーダンスが異常に変化したり、周波数が変動したりする等の可能性がある。
また、金属蒸着時に蒸着量を増やして大幅な周波数調整を行なうと、蒸着時間が長くなって生産性が低下するほか、クリスタルインピーダンスの異常な上昇の可能性や、蒸着金属の剥がれによる経年変化のおそれがある。
【０００４】
そこで、金属蒸着する前の振動子片の割れ，欠け，傷を検出するために振動子を目視、あるいは光学的検査方法で検査することが行われている。
また、複数の電極を対向させて配置した平行対向電極の間に、金属蒸着する前の振動子片を挿入し、平行平板対向電極にCIメータやネットワークアナライザ等を接続して振動特性（振動周波数、クリスタルインピーダンスなど）を測定し選別することも広く行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように印加する電力によってクリスタルインピーダンスが低く、かつ異常な変化がなく、さらに印加する電力を変化させても周波数安定度が高い振動子を生産するには、光学的に傷検査を行い、かつ電気的に振動特性を測定することが必要である。
このような必要性に対処するために、振動子片の目視検査が行われている例があるが、人間の作業であるから常に誤りが発生する可能性を考えなければならず、問題の完全な解決にはなっていない。
【０００６】
これを解決するために提案されたものに、特開2001-183310 「水晶基板検査方法および装置」がある。これは、光学的検査装置と電気的検査装置を組み合わせたもので、前記光学的検査と電気的検査を１台で行えるようにしたものであるが、特性に影響のない単なる汚れと、傷あるいは欠けとを区別できるように光学系あるいは画像処理装置を調整するには、照明や光学系の調整、画像処理装置の閾値の設定などに多くの試行錯誤を必要とし、さらに機器によって微妙な設定の差があるので使いこなすのは容易ではない。さらに、光学的検査装置はカメラ，光学系，画像処理装置などが高価であるので、このような装置を全ての製造ラインに配置することは経済的でない。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するもので、その目的は高価かつ設定の面倒な光学系や画像処理装置を用いずに、電気的検査のみで、振動子に印加する電力を変化させてもクリスタルインピーダンスが異常に上昇したり、周波数が変動したりすることがない振動子を得るための水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明による請求項１の水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法は、
水晶振動子の製造または検査工程において、
可変周波数レンジおよび可変振幅レベルの検査信号を出力する検査信号源と、
前記信号源の出力信号を前記水晶振動子に印加するための一対の検査用電極と、
前記電極を介して前記水晶振動子に流れた電流、または前記水晶振動子を通過した信号レベルを計測する計測手段と、および
前記計測手段の出力を記憶する記憶手段とを用いて前記水晶振動子の割れ、欠け、傷を検査する水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法であって、
この方法は、
前記信号源から同じ周波数レンジでかつ振幅レベルが異なった検査信号を前記水晶振動子に複数回印加する工程と、
前記計測手段により前記電極を介して各検査信号に対応して、前記水晶振動子に流れた電流、または前記水晶振動子を通過した信号レベルを計測する工程と、
前記計測手段によって計測された出力信号を記憶する記憶工程と、
前記記憶手段に記憶されている前記計測手段の出力信号を、それぞれ同じ周波数の検査信号に対応するもの同士で比較し、その差が予め定めた閾値より大きい場合に不良とする工程と、
を含むことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
図１は本発明の請求項１および２による水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法の実施の形態を示す斜視図であり、図２はその動作を説明するための図である。
ネットワークアナライザ６，上電極２，下電極３，振動子片４，ブッシュ５およびパーソナルコンピュータ１からなっている。パーソナルコンピュータ１は、GP-IB インターフェースケーブル９を用いてネットワークアナライザ６と接続されており、ネットワークアナライザ６の計測結果を全て記憶し、表示し、比較することができる。
【００１０】
上電極２は図示しない上下機構によって上下に移動させることができる。また、振動子片４は、ブッシュ５の中に置いてあり、図示しない水平移動機構によってブッシュ５を動かすことで、振動子片を上電極２の下や、良品分類場所７，不良品分類場所８に移動させることができる。
【００１１】
本実施例では、以下のように動作して振動子片の振動試験を行う。
まず、上電極２が上昇し、上電極２と下電極３の間に、ブッシュ５の厚みより十分大きい間隔を開く( 図２（ａ）) 。
次に、その間隔の間にブッシュ５が移動し、測定すべき振動子片４が上電極２の真下に来たところで停止する( 図２（ｂ）) 。
続いて、上電極２は下電極３との間隔があらかじめ決められた値になるまで下降する。
【００１２】
その状態で以下のようにネットワークアナライザ６で振動特性を測定する（図２（ｃ））。この振動特性測定時の電極間隔は、振動特性の測定に最適になるようにあらかじめ実験で定められた値である。
まず、ネットワークアナライザ６の測定モードを振動特性に最適なように設定する（例としてＬｏｇｍａｇモード）。また、同じくネットワークアナライザ６の出力電力をあらかじめ定められた出力（例えば−５ｄＢｍ）に設定した後、振動子片４の共振周波数の周辺をスイープする。
続いて、各スイープ点におけるネットワークアナライザ６の計測結果（モードがＬｏｇｍａｇの場合は得られた値はｄＢ）を全ての点においてパーソナルコンピュータ１に取り込み記憶する。ここで、スイープ開始周波数（図３において１９．９５００ＭＨｚ），終了周波数（図３において２０．０５００ＭＨｚ），スイープ内の計測点数は、振動子片の共振周波数の測定に最適になるようにあらかじめ実験あるいは経験で定められた値である。
ネットワークアナライザは、回路網に既知の交流電圧を印加し、回路網を通過したあとの電圧の振幅、位相、遅延などを測定するものである。通常ネットワークアナライザを用いて水晶振動子の検査を行う場合、ほとんどは水晶振動子を通過したあとの信号レベルの振幅を測定する。ネットワークアナライザの受信端が５０Ωで終端されているので、被測定デバイスを流れる電流を測定していると言うことができる。この測定モードを当業者はＬｏｇｍａｇという。このモードの場合は測定された信号レベルをｄＢで表示している。
【００１３】
続いて、ネットワークアナライザ６の出力電力を増加させ( 例えば０ｄＢｍに設定する) 、上記の測定を繰り返す。
さらに、ネットワークアナライザ６の出力電力を増加させ( 例えば＋５ｄＢｍ）、上記の測定を繰り返す。
さらに、ネットワークアナライザ６の出力電力を増加させ( 例えば＋１０ｄＢｍ）、上記の測定を繰り返す。
【００１４】
その後、パーソナルコンピュータ１に取り込んだ第１回，第２回，第３回および第４回のスイープの計測結果を比較する。この時、各スイープにおいて、それぞれ同じ周波数同士の計測結果を比較し、その差があらかじめ定められた閾値以下である場合、振動子片は印加電力の変化によって振動特性が変化しない良好なものであると判断し、上電極２を上昇させた後に良品分類場所７に分類するようにブッシュ５を移動させる( 図２（ｄ）) 。
各スイープにおいて、それぞれ同じ周波数同士の計測結果の差があらかじめ定められた閾値より大きい場合は、印加電力の変化によって振動特性が変化するものであるから、上電極２を上昇させた後に振動子片４を不良品分類場所８に分類するようにブッシュ５を移動させる( 図２（ｅ）) 。
【００１５】
図３から図９は、上記のように４回測定した結果を一枚の図にまとめた測定例である。各波形とも、測定モードはＬｏｇｍａｇ、横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は計測値（ｄＢ）である。左上（−５ｄＢｍ），右上（０ｄＢｍ），左下（＋５ｄＢｍ）および右下（＋１０ｄＢｍ）の順に示してある。
図３（資料No.23 ）は、４枚の図がほとんど同じ形をしており、各測定においてそれぞれ同じ周波数同士の計測結果（ｄＢ）がほとんど同じであることから、良品と判断される。図４（資料No.32 ），図５（資料No.38 ），図６（資料No.41 ）および図７（資料No.42 ）は、各図中に丸印で囲んだように、右下の図（印加電力＋１０ｄＢｍ）の場合のみわずかに波形が異なっている。これは不良品と判断される。また、図８（資料No.33 ）および図９（資料No.50 ）は、図中に丸印で囲んだように、左上の図（印加電力−５ｄＢｍ）の場合のみわずかに異なっており、これも不良品と判断される。
【００１６】
図１０から図１６に上記の波形が得られた実際の振動子片の写真を示す。振動子片は黒系統の背景面に載置した状態で撮影したものである。
図１０ (資料No.23)は良品であり、まったく傷や曇りは発見できない。図１１ (資料No.32)，図１２ (資料No.38)，図１３ (資料No.41)および図１４ (資料No.42)は、いずれも＋１０ｄＢｍの印加電力の場合のみ波形が異なったものであるが、このように端から中心付近にわたる大きい傷が入っていることが多い。なお、図１３は振動子片の右下隅に僅かに欠損が存在するものである。
また、図１５ (資料No.33)および図１６ (資料No.50)は、前記−５ｄＢｍの場合のみ波形が異なったものであるが、このように周辺に欠けが入っているものが多いことが実験データとして得られている。特に、図１６ (資料No.50)のように、周辺にわずかに欠け（振動子片の左上隅から左辺側にわずかに下がった位置に存在）が入っているものも検出できており、本発明の測定法の有用性を表している。
【００１７】
以上、上記の実施例では、印加電力を４回変化させてそれぞれの計測結果を比較したが、これに限定されるものではなく、２回のみでもよく、５回以上でもよい。また、信号源と、信号検出手段として、いずれもネットワークアナライザを用いたが、これに限定されるものではなく、周波数と出力振幅が可変の単体の信号源と、高周波パワーメータ等の検出手段でもよいことは言うまでもない。さらに、上記の実施例では記憶手段として外付けのパーソナルコンピュータを用いたが、測定データが内部に記憶できるネットワークアナライザ等を用いれば、外付けパーソナルコンピュータは用いなくても目的が達せられる。
【００１８】
また、振動子片の搬送手段としてブッシュを用いたが、これに限定されるものではなく、電極間に振動子片を出し入れすることができ、良品，不良晶の分類が行えるものであれば、吸着子に吸着して搬送する方法、重力によって落下させる方法など、各種の方法を用いても良いことはいうまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明による検査方法によれば、振動子片４の振動特性を試験するに際し、調整が面倒でかつコストがかかる光学的検査装置ならびに画像処理装置を用いることなく、振動特性に影響を与えうる振動子片４の割れ、欠けを効果的に検出することができる。本検査方法では、振動子試験の際に一般的であるネットワークアナライザを用いるのみで上記目的が達成でき、安価かつ高速に測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法を用いた装置の実施の形態を示す概略図である。
【図２】  図１の動作を説明するための図である。
【図３】  本発明による水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法で得られた第１測定結果例を示す波形図である。
【図４】  本発明による水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法で得られた第２測定結果例を示す波形図である。
【図５】  本発明による水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法で得られた第３測定結果例を示す波形図である。
【図６】  本発明による水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法で得られた第４測定結果例を示す波形図である。
【図７】  本発明による水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法で得られた第５測定結果例を示す波形図である。
【図８】  本発明による水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法で得られた第６測定結果例を示す波形図である。
【図９】  本発明による水晶振動子の割れ、欠け、傷の検査方法で得られた第７測定結果例を示す波形図である。
【図１０】  図３のデータが得られた振動子片４の表面状態を示す写真である。
【図１１】  図４のデータが得られた振動子片４の表面状態を示す写真である。
【図１２】  図５のデータが得られた振動子片４の表面状態を示す写真である。
【図１３】  図６のデータが得られた振動子片４の表面状態を示す写真である。
【図１４】  図７のデータが得られた振動子片４の表面状態を示す写真である。
【図１５】  図８のデータが得られた振動子片４の表面状態を示す写真である。
【図１６】  図９のデータが得られた振動子片４の表面状態を示す写真である。
【符号の説明】
１  パーソナルコンピュータ
２  上電極
３  下電極
４  水晶振動子片
５  ブッシュ
６  ネットワークアナライザ
７  良品分類場所
８  不良品分類場所
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004317675.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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