(57)【要約】【課題】チャンバ内の圧力を変化させた際に、チャンバ内の温度変動を低減するとともに、気密検査の精度を高めて、低コスト化を図った圧電振動子の気密検査装置を提供することを目的とする。【解決手段】加圧測定装置２０は、検査対象の圧電振動子２を収容して保持する保持治具９と、圧電振動子２を発振させる発振回路部品１０と、保持治具９、及び発振回路部品１０を搭載したプリント基板１１と、保持治具９、発振回路部品１０、及びプリント基板１１を収容する気密空所２１を備えると共に、気密空所２１内に加圧ガスを導入する加圧ガス導入路２２と加圧ガスを排出する加圧ガス排出路２３とを備えたチャンバ３と、により構成する。そして、チャンバ内の気密空所２１の容積を、圧電振動子２を保持する保持治具９の体積と同等か、或いは保持治具９の体積の１．５倍未満として、可能な限り縮小し、断熱圧縮による温度上昇の影響を低減する。【選択図】図３
2009222693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ内に圧電振動素子を収容した圧電振動子を加圧する加圧測定装置と、前記圧電振動子の発振周波数を測定する周波数測定器と、加圧ガスが充填されたガスボンベと、前記加圧ガスの導入、排出を制御する開閉弁と、を備え、前記圧電振動子の気密性を検査する気密検査装置であって、
前記加圧測定装置は、前記圧電振動子を保持する保持治具と、前記圧電振動子を発振させる発振回路部品と、前記保持治具及び前記発振回路部品を搭載したプリント基板と、前記保持治具、前記発振回路部品、及び前記プリント基板を収容する気密空所を備えると共に該気密空所内に前記加圧ガスを導入する加圧ガス導入路、及び前記加圧ガスを排出する加圧ガス排出路を備えたチャンバと、を備え、
前記保持治具は、前記プリント基板側の配線パターンと導通する圧電振動子の外底部電極接続用のプローブ端子を備え、
前記保持治具が圧電振動子を保持した状態において、前記加圧ガス導入路から前記加圧ガスを前記気密空所内に導入して前記パッケージの気密性を検査し、
前記気密空所の容積は、前記圧電振動子を保持した状態の前記保持治具、前記発振回路部品、及び前記プリント基板の体積と同等か、或いは前記保持治具の体積の１．５倍未満としたことを特徴とする圧電振動子の気密検査装置。
【請求項２】
パッケージ内に圧電振動素子を収容した圧電振動子を加圧する加圧測定装置と、前記圧電振動子の発振周波数を測定する周波数測定器と、加圧ガスが充填されたガスボンベと、前記加圧ガスの導入、排出を制御する開閉弁と、を備え、前記圧電振動子の気密性を検査する気密検査装置であって、
前記加圧測定装置は、前記圧電振動子を保持する保持治具と、前記圧電振動子を発振させる発振回路部品と、前記保持治具及び前記発振回路部品を搭載したプリント基板と、前記保持治具、及び前記発振回路部品を収容する気密空所を備えると共に該気密空所内に前記加圧ガスを導入する加圧ガス導入路、及び前記加圧ガスを排出する加圧ガス排出路を備えたチャンバと、を備え、
前記保持治具は、前記プリント基板側の配線パターンと導通する圧電振動子の外底部電極接続用のプローブ端子を備え、
前記保持治具が圧電振動子を保持した状態において、前記加圧ガス導入路から前記加圧ガスを前記気密空所内に導入して前記パッケージの気密性を検査し、
前記気密空所の容積は、前記保持治具及び前記発振回路部品の体積と同等か、或いは前記保持治具及び前記発振回路部品の体積の１．５倍未満としたことを特徴とする圧電振動子の気密検査装置。
【請求項３】
前記チャンバは、前記プリント基板を収容する凹所を有するベース台座と、前記ベース台座に気密封止されて前記気密空所を構成する包囲部材と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【請求項４】
前記チャンバは、前記プリント基板を保持するベース台座と、前記プリント基板に気密封止されて前記気密保持空所を構成する包囲部材と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【請求項５】
前記気密空所は、前記保持治具を収容する保持治具収容空所と、前記発振回路部品を収容する発振回路部品収容凹所と、を有し、
前記プリント基板における一面に前記保持冶具を搭載し、前記プリント基板の前記一面及び前記チャンバの包囲部材を気密封止して前記保持冶具収容空所を構成し、
前記プリント基板における前記一面と対向する他面に前記発振回路部品を搭載し、前記プリント基板の前記他面及び前記チャンバのベース台座を気密封止して前記発振回路部品収容凹所を構成することを特徴とする請求項２に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【請求項６】
前記保持治具は、前記プローブ端子を備えた凹所を有した治具本体から成り、
前記チャンバは、チャンバ蓋部材を備え、
前記チャンバ蓋部材により前記圧電振動子を押圧しつつ前記保持治具の前記凹所を気密封止したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【請求項７】
前記保持治具は、材質が窒化アルミニウム、或いは、高熱伝導素材であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【請求項８】
前記プリント基板は、材質が窒化アルミニウム、或いは、高熱伝導素材であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電振動子の気密検査装置に関し、特に圧電振動子を加圧又は減圧し、圧力変化に伴う圧電振動子の発振周波数の変動を計測してパッケージの気密検査を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水晶などの圧電材料を使用した圧電振動子は、各種情報・通信機器や民生機器などの電子機器に圧電発振器の構成要素として広く使用されている。又、近年では、特に携帯型の情報通信機器において、機器の小型化が進み、それらに使用される圧電振動子に対しても更なる小型化と高信頼性が求められている。
圧電振動子は、例えば、セラミックなどからなるパッケージの内底面に設けた素子搭載用パッド上に、圧電基板に電極を形成した圧電振動素子を導電性接着剤により固定した後、パッケージ内を真空、あるいは不活性ガスなどによる不活性雰囲気として蓋体により気密封止した構造である。
このような圧電振動子の製造工程において、パッケージの開口縁に対する蓋体の固定位置がずれて隙間が形成されるとパッケージ内部と外気とが連通し、圧電振動素子の振動条件が変化したり、外気により圧電振動素子に形成した電極の腐食が進行して損傷する可能性がある。従って、圧電振動子の製造工程においては、パッケージを蓋体により封止した後にパッケージの気密検査を行うための工程が必要である。圧電振動子のパッケージ内の気密性を検査する気密検査方法には、蓋封止工程などにおいて生ずる大きな穴の気密検査に対応したグロスリーク判定と、小さな穴の気密検査に対応したファインリーク判定とがあり、２つの工程が必要であった。そこで、２つの工程を同時に実施できる従来の気密検査方法として、検査対象の圧電振動子のパッケージを加圧、又は減圧し、パッケージ内部の圧力変化の有無を、内部圧力変化に伴う圧電振動子のインピーダンス値の変化として捕えることによりパッケージの気密検査を行う方法がある。
【０００３】
次に、従来の圧電振動子の気密検査装置を、特許文献１により開示されている例を用いて説明する。
図１０は、従来の圧電振動子の気密検査装置の構成を示す図である。気密検査装置１０１は、検査対象物となる圧電振動子１０２を載置する箱型のチャンバ１０３と、圧電振動子のインピーダンスを測定するインピーダンス測定器１０４とにより構成する。チャンバ１０３は、その上面に空気を吸気するための吸気口１０５が設けられ、この吸気口１０５には、図示していない真空ポンプが接続されてチャンバ１０３の内部を減圧する。チャンバ１０３の底面には、接続端子１０６ａ、１０６ｂが設けられ、検査対象物となる圧電振動子１０２の底部に設けた電極とインピーダンス測定器１０４とを電気的に接続している。
【０００４】
このような構成の気密検査装置１０１においては、次のような手順により気密検査を行う。
まず、チャンバ１０３の内部を大気圧としたままで、インピーダンス測定器１０４を用いて圧電振動子１０２のインピーダンスを所定の周波数にて測定する。この時測定されたインピーダンスの値をＺ１とする。次に、真空ポンプを作動させてチャンバ１０３の内部を所定圧に減圧し、インピーダンス測定器１０４を用いて圧電振動子１０２のインピーダンスを所定の周波数にて測定する。この時測定されたインピーダンスの値をＺ２とする。そこで、インピーダンスＺ１とＺ２とを比較すると、圧電振動子１０２のパッケージが完全に封止されていると、チャンバ１０３内を減圧してもパッケージ内の気圧が変化しないため、インピーダンスＺ１とＺ２は、同じ値を示す。一方、圧電振動子１０２のパッケージの封止が不完全であり、穴などが開口していると、チャンバ１０３内を減圧した際にパッケージ内の気圧が変化するので、インピーダンスＺ１とＺ２は、異なった値を示す。このように、チャンバ１０３内を減圧して圧電振動子１０２のインピーダンスを測定することにより、定量的に数値測定を行って、圧電振動子の気密検査を行うことができる。
【特許文献１】特開平１１−５１８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された気密検査装置のチャンバは、圧電振動子を収容する空所の容積が圧電振動子の体積と比べて大きな構造となっており、チャンバを減圧すると、断熱膨張によりチャンバ内の温度が大きく下降するという現象が生ずる。一方、特許文献１には記載されていないが、チャンバを加圧すると、断熱圧縮によりチャンバ内の温度が大きく上昇するという現象を生ずる。その結果、圧電振動子のインピーダンスは、加圧、或いは減圧したことによるパッケージ内部の圧力変化による変動以外に、圧電振動子自身の温度特性による変動が加わることとなり、気密検査の精度に悪影響を与える。又、チャンバ内の温度は、加圧、或いは減圧した際に瞬時に大きく変化し、以降、時間経過とともに所定の傾斜特性で常温に収束する。従って、チャンバ内の温度変化幅が大きいと、常温に収束する時間が長くなり、その間、インピーダンスの測定を停止している必要があり、気密検査時間が長時間化するという問題があった。
又、従来の気密検査装置は、圧電振動子のパッケージが気密を保っているか否かの判定を、圧電振動子のインピーダンス値の変化を測定することにより行っているのが、その測定のためには、非常に高価なネットワークアナライザが必要となり、気密検査設備が高価なものとなる。更に、圧電振動子を加圧、又は減圧しても圧電振動子のインピーダンス値の変化量が少なく、測定値もばらつくため、精度の高い気密検査の判定が困難である。
本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであって、チャンバ内の圧力を変化させた際のチャンバ内の温度変動を低減するとともに、気密検査の精度を高めて、低コスト化を図った圧電振動子の気密検査装置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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］パッケージ内に収容された圧電振動素子を有する圧電振動子を加圧する加圧測定装置と、前記圧電振動子の発振周波数を測定する周波数測定器と、加圧ガスが充填されたガスボンベと、前記加圧ガスの導入、排出を制御する開閉弁と、を備え、前記圧電振動子の気密性を検査する気密検査装置であって、前記加圧測定装置は、前記圧電振動子を保持する保持治具と、前記圧電振動子を発振させる発振回路部品と、前記保持治具及び前記発振回路部品を搭載したプリント基板と、前記保持治具、前記発振回路部品、及び前記プリント基板を収容する気密空所を備えると共に該気密空所内に前記加圧ガスを導入する加圧ガス導入路、及び前記加圧ガスを排出する加圧ガス排出路を形成したチャンバと、を備え、前記保持治具は、前記プリント基板側の配線パターンと導通する圧電振動子の外底部電極接続用のプローブ端子を備え、前記保持治具が圧電振動子保持した状態において、前記加圧ガス導入路から前記加圧ガスを前記気密空所内に導入して前記パッケージの気密性を検査するものであって、前記気密空所の容積は、前記圧電振動子を保持した状態の前記保持治具、前記発振回路部品、及び前記プリント基板の体積と同等か、或いは前記保持治具の体積の１．５倍未満としたことを特徴とする圧電振動子の気密検査装置。
【０００８】
このような本発明の圧電振動子の気密検査装置によれば、加圧測定装置は、加圧ガスを導入する気密空所の容積を、圧電振動子の体積と同等か、或いは、圧電振動子の体積の１．５倍未満とし、断熱圧縮による加圧時のチャンバ内の温度上昇を低減させた。これにより、加圧時の圧電振動子の発振周波数の変化を測定して気密検査を行う時に、圧電振動子自身の温度特性による発振周波数の変化の影響を低減することができ、圧電振動子の気密検査の精度を向上させることが可能となる。又、温度上昇が低減されているため、チャンバ内の温度が変動しても、常温に収束する時間が短縮され、気密検査工程の時間短縮を図ることができる。又、圧電振動子の気密性の判定を、圧電振動子の発振周波数の変化を計測することにより行ったので、高価なネットワークアナライザが不要となり、廉価で汎用的に使用される周波数測定器を用いて気密検査を行うことが可能となった。
【０００９】
［適用例２］パッケージ内に圧電振動素子を収容した圧電振動子を加圧する加圧測定装置と、前記圧電振動子の発振周波数を測定する周波数測定器と、加圧ガスが充填されたガスボンベと、前記加圧ガスの導入、排出を制御する開閉弁と、を備え、前記圧電振動子の気密性を検査する気密検査装置であって、前記加圧測定装置は、前記圧電振動子を保持する保持治具と、前記圧電振動子を発振させる発振回路部品と、前記保持治具及び前記発振回路部品を搭載したプリント基板と、前記保持治具、及び前記発振回路部品を収容する気密空所を備えると共に該気密空所内に前記加圧ガスを導入する加圧ガス導入路、及び前記加圧ガスを排出する加圧ガス排出路を備えたチャンバと、を備え、前記保持治具は、前記プリント基板側の配線パターンと導通する圧電振動子の外底部電極接続用のプローブ端子を備え、前記保持治具が圧電振動子を保持した状態において、前記加圧ガス導入路から前記加圧ガスを前記気密空所内に導入して前記パッケージの気密性を検査し、前記気密空所の容積は、前記保持治具及び前記発振回路部品の体積と同等か、或いは前記保持治具及び前記発振回路部品の体積の１．５倍未満としたことを特徴とする圧電振動子の気密検査装置。
【００１０】
このような本発明の圧電振動子の気密検査装置によれば、加圧測定装置は、加圧ガスを導入する気密空所の容積を、保持治具及び発振回路部品の体積と同等か、或いは保持治具及び発振回路部品の体積の１．５倍未満としたので、これにより適用例１と同様な効果が期待できる。
【００１１】
［適用例３］前記チャンバは、前記プリント基板を収容する凹所を有するベース台座と、前記ベース台座に気密封止されて前記気密空所を構成する包囲部材と、を備えることを特徴とする適用例２に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【００１２】
このような本発明の圧電振動子の気密検査装置によれば、加圧時の圧電振動子の発振周波数の変化を測定して気密検査を行う時に、圧電振動子自身の温度特性による発振周波数の変化の影響を低減することができ、圧電振動子の気密検査の精度を向上させることが可能となる。又、温度上昇が低減されているため、チャンバ内の温度が変動しても、常温に収束する時間が短縮され、気密検査工程の時間短縮を図ることができる。
【００１３】
［適用例４］前記チャンバは、前記プリント基板を保持するベース台座と、下面に前記気密空所を構成する収容空所を有すると共に前記プリント基板、前記保持治具、及び前記発振回路部品を含むベース台座上の空間を気密的に封止する包囲部材と、を備えることを特徴とする適用例２に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【００１４】
このような本発明の圧電振動子の気密検査装置によれば、加圧測定装置は、チャンバを構成するベース台座と、プリント基板とを一体化して形成したことにより、第３の適用例と比べて更に気密空所の容積を縮小することができる。従って、チャンバに加圧ガスを導入して加圧した際に、断熱圧縮に伴うチャンバ内の温度上昇を著しく抑圧することができ、圧電振動子の気密検査の精度を更に向上させることが可能となる。
【００１５】
［適用例５］前記気密空所は、前記保持治具を収容する保持治具収容空所と、前記発振回路部品を収容する発振回路部品収容凹所と、を有し、前記プリント基板における一面に前記保持冶具を搭載し、前記プリント基板の前記一面及び前記チャンバの包囲部材を気密封止して前記保持冶具収容空所を構成し、前記プリント基板における前記一面と対向する他面に前記発振回路部品を搭載し、前記プリント基板の前記他面及び前記チャンバのベース台座を気密封止して前記発振回路部品収容凹所を構成することを特徴とする適用例２に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【００１６】
このような本発明の圧電振動子の気密検査装置によれば、加圧測定装置は、プリント基板の一面に保持治具を搭載し、他面に発振回路部品を搭載したため、加圧測定装置の平面寸法が縮小して、加圧測定装置の小型化が進むとともに、気密空所の容積が極小化され、断熱圧縮により生ずる温度上昇を著しく抑制することができる。従って、圧電振動子自身の温度特性による発振周波数の変化の影響を低減することができ、圧電振動子の気密検査の精度を向上させることが可能となる。
【００１７】
［適用例６］前記保持治具は、前記プローブ端子を内底面に備えた凹所を有した治具本体から成り、前記チャンバは、チャンバ蓋部材を備え、前記チャンバ蓋部材により前記圧電振動子を押圧しつつ前記保持治具の前記凹所を気密封止したことを特徴とする適用例１乃至５の何れか一項に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【００１８】
このような本発明の圧電振動子の気密検査装置によれば、加圧測定装置は、保持治具を形成していた蓋部材を廃止してチャンバ蓋部材により圧電振動子を押圧しつつチャンバ内を気密封止したので、加圧測定装置の構造が簡素化され、小型化を図ることが可能となった。又、熱伝導性の優れたチャンバが直接圧電振動子に接触しているため、圧電振動子の放熱効果が向上してチャンバ内の温度が上昇した場合でも、短時間で常温に収束できる。
【００１９】
［適用例７］前記保持治具は、材質が窒化アルミニウム、或いは、高熱伝導素材であることを特徴とする適用例１乃至６の何れか一項に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【００２０】
このような本発明の圧電振動子の気密検査装置によれば、加圧測定装置は、保持治具として熱伝導性の高い窒化アルミニウムなどを使用することにより、加圧した際に発生する温度上昇が常温に収束する時間が短縮され、気密検査時間の短縮に繋がるという効果がある。
【００２１】
［適用例８］前記プリント基板は、材質が窒化アルミニウム、或いは、高熱伝導素材であることを特徴とする適用例１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動子の気密検査装置。
【００２２】
このような本発明の圧電振動子の気密検査装置によれば、加圧測定装置は、プリント基板として熱伝導性の高い窒化アルミニウムなどを使用することにより、包囲部材や、保持治具、ベース台座への熱伝達性が向上し、圧電振動子の加圧時にチャンバ内の温度上昇を抑圧して気密検査時間の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
先ず、圧電振動子の気密検査装置の全体構成について説明する。本発明においては、検査対象としての圧電振動子に圧力を加えた後に、圧電振動子のパッケージ内部の圧力変化の有無を、内部圧力変化に伴う圧電振動子の発振周波数の変化として捕らえ、発振周波数を測定して周波数変動を計測することにより圧電振動子の気密検査を行った。
図１は、本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の構成を示す図である。気密検査装置１は、検査対象となる圧電振動子２を内部に保持した保持治具９を収容してこれを加圧するためのチャンバ３を備えた加圧測定装置４と、圧電振動子２の発振周波数を測定する周波数測定器５と、チャンバ３内の空所と導入パイプを介して連通し且つ加圧ガスを収容したガスボンベ６と、チャンバ３内に導入パイプを介して接続されチャンバ内に加圧ガスを導入する際に開閉する導入開閉弁７と、チャンバ３内部と連通する排出パイプの途中に配置されチャンバ３内の加圧ガスを排出する際に開閉する排出開閉弁８と、を備える。又、チャンバ３内には、圧電振動子２をその内部空所内に収容して保持する保持治具９と、圧電振動子を発振させるための回路部品からなる発振回路部品１０と、保持治具９と発振回路部品１０とを搭載するプリント基板１１と、を備えている。又、加圧ガスは、大気を使用すると湿度が高いため、Ｈｅガスのような低露点ガスを使用することが望ましい。Ｈｅガスは、他のエアーガスに比べて最も分子量が小さく、例えば、Ｎ２（窒素）ガスの分子量の１／７の分子量であり、ファインリーク判定の際に、判定速度を短縮し、判定精度を向上させることができる。
なお、圧電振動子２は、セラミック等のパッケージ内に設けた素子搭載用パッド上に導電性接着剤を介して圧電振動素子の励振電極から伸びるリード端子を接続した状態でパッケージ内部を気密封止した構成を備えている。また、圧電振動素子は、圧電基板面に励振電極、及びリード端子を形成した構成を備えている。
このように構成する圧電振動子の気密検査装置１では、次に示すような手順により気密検査を行う。
【００２４】
図２は、本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の検査手順を示すフローチャートである。フローチャートに従って検査手順を説明すると、先ず、パッケージの気密封止が完了した検査対象としての圧電振動子を加圧測定装置内の保持治具に載置し、加圧測定装置内に備えられた発振回路部品と接続して発振周波数を測定し、初期値とする（ＳＴ１）。次に、加圧測定装置内に加圧ガスを導入して加圧した直後に、加圧した圧電振動子の発振周波数を測定し初期変動値とする（ＳＴ２）。ここで、測定した初期変動値が前記初期値に対して所定値以上の変化があったか否かを判定し（ＳＴ３）、所定値以上の変化があった場合は、加圧した圧電振動子がグロスリークしていると判定する（ＳＴ４）。そして、加圧測定装置内の加圧を解除して（ＳＴ５）、気密検査は終了する。又、ステップＳＴ３において、測定した初期変動値が、前記初期値に対して所定値以上の変化がなかった場合は、加圧測定装置内を一定時間加圧ガスにより加圧する。そして、一定時間加圧した後、圧電振動子の発振周波数を測定する（ＳＴ６）。
次に、測定した一定時間加圧後の発振周波数値から、前記初期値と前記初期変動値を差し引いた値が所定値以上あるかどうかを判定し（ＳＴ７）、所定値以上ある場合は、圧電振動子がファインリークしていると判定する（ＳＴ８）。そして、加圧測定装置内の加圧を解除して（ＳＴ５）、気密検査は終了する。一方、ステップＳＴ７において、測定した一定時間加圧後の発振周波数値から、前記初期値と前記初期変動値を差し引いた値が所定値以下の場合、圧電振動子を良品と判定する（ＳＴ９）。そして、加圧測定装置内の加圧を解除して（ＳＴ５）、気密検査は終了する。
【００２５】
次に、本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の具体的な実施形態について説明する。
本発明においては、加圧測定装置内を加圧した際に発生する温度上昇を抑制させるため、チャンバ３内の気密空所３ａの容積を、圧電振動子の保持治具９の体積と同等か、或いは保持治具の体積の１．５倍未満として、可能な限り縮小し、断熱圧縮による温度上昇を低減した。又、チャンバ３内の気密空所３ａの容積は、保持治具９及び発振回路部品１０の体積と同等か、或いは保持治具及び発振回路部品の体積の１．５倍未満としてもよい。
【００２６】
以下、本発明の加圧測定装置について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動子の気密検査装置の加圧測定装置の断面図である。加圧測定装置２０は、検査対象の圧電振動子２を内部空所９ａ内に収容して保持する保持治具９と、圧電振動子２を発振させる発振回路部品１０と、保持治具９、及び発振回路部品１０を上面に並置した状態で搭載したプリント基板１１と、保持治具９、発振回路部品１０、及びプリント基板１１を収容する気密空所２１を備えたチャンバ３と、により構成する。又、保持治具９は、圧電振動子２の外底部電極（図示せず）接続用のプローブ端子２４ａ、２４ｂを内底面に備えた凹所２５ａを有した治具本体２５と、治具本体２５の凹所を閉止する蓋部材２６と、からなる。プローブ端子２４ａ、２４ｂは、例えばスプリング機構を有して軸方向へ伸縮可能な端子となっており、蓋部材２６により圧電振動子２の上面を押圧することにより圧電振動子２の外底部電極を弾性を備えたプローブ端子２４ａ、２４ｂに圧接する。従って、プローブ端子と圧電振動子側の外底部電極との導通を確実化、安定化することができる。
【００２７】
又、チャンバ３は、保持治具９、及び発振回路部品１０を搭載したプリント基板１１を収容する凹所２７ａを上面に有したベース台座２７と、下面に気密空所２１を構成する収容空所２８ａを有すると共にプリント基板１１、保持治具９、及び発振回路部品１０を含むベース台座２７上の空間を気密的に封止する包囲部材２８と、からなる。又、包囲部材２８の肉厚内には、ガスボンベと連通して気密空所２１内に加圧ガスを導入する加圧ガス導入路２２及び排気パイプを介して加圧ガスを排出する加圧ガス排出路２３とを形成している。又、ベース台座２７と包囲部材２８とによりチャンバ３内を気密封止する際は、図示していないが、Ｏリング２９などの封止部材を用いてそれぞれを密着させる。なお、チャンバ３は、例えば、アルミニウムのような熱伝導性の高いものを使用することが望ましい。
第１の実施形態は、前述したように、加圧ガスを導入する気密空所２１の容積を、圧電振動子の体積と同等か、或いは、圧電振動子の体積の１．５倍未満とし、可能な限り気密空所の容積を縮小している。従って、チャンバ３に加圧ガスを導入して加圧した際は、断熱圧縮に伴ってチャンバ３内の温度が上昇するが、この温度上昇を低減することができる。これにより、加圧時の圧電振動子の発振周波数の変化を測定する際に、圧電振動子自身の温度特性による発振周波数の変化の影響を低減することができ、圧電振動子の気密検査の精度を向上させることが可能となる。又、断熱圧縮によりチャンバ３内の温度が変動しても、常温に収束する時間が短縮され、気密検査工程の時間短縮を図ることができる。又、圧電振動子の気密性の判定を、圧電振動子の発振周波数の変化を計測することにより行ったので、高価なネットワークアナライザが不要となり、廉価で汎用的に使用される周波数測定器を用いて気密検査が可能となった。
【００２８】
次に、本発明に係る加圧測定装置の第２の実施形態について説明する。
図４は、本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の第２の実施形態を示す加圧測定装置の断面図である。なお、図３と同一部位には同一符号を付して説明は省略する。第２の実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、加圧測定装置４０は、上面に保持治具９、及び発振回路部品１０を搭載したプリント基板１１の下面を着座させるベース台座４１と、下面に気密空所４２を構成する収容空所４３ａを有すると共にプリント基板１１、保持治具９、及び発振回路部品１０を含むベース台座４１上の空間を気密的に封止する包囲部材４３と、からなるチャンバ４４を備える。そして、包囲部材４３には、加圧ガスを導入する加圧ガス導入路４５と加圧ガスを排出する加圧ガス排出路４６を形成し、ベース台座４１の上面（外周部）と、包囲部材４３の下面（外周部）との間でプリント基板１１の外周縁上下面を挟圧保持している。プリント基板１１は、気密空所４２の気密性を保つため、プリント基板１１の上下面の配線間を接続するためのスルーホールを設けないことが望ましい。又、ベース台座４１と包囲部材４３とによりチャンバ４４内を気密封止する際は、Ｏリング２９などの封止部材を用いてそれぞれを密着させる。
上述したように第２の実施形態は、チャンバ４４を構成するベース台座４１の上面と、プリント基板１１の下面とを密着したことにより、チャンバ４４内に形成される気密空所４２は、プリント基板１１上の包囲部材４３により形成される空間４３ａのみとなり、第１の実施形態と比べて更に気密空所４２の容積を縮小することができる。従って、チャンバ４４に加圧ガスを導入して加圧した際に、断熱圧縮に伴うチャンバ４４内の温度上昇を著しく抑制することができ、加圧時の圧電振動子の発振周波数の変化を測定する際に、圧電振動子自身の温度特性による発振周波数の変化の影響を排除して、圧電振動子の気密検査の精度を更に向上させることが可能となる。
【００２９】
次に、本発明の第３の実施形態に係る加圧測定装置について説明する。
図５は、本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の第３の実施形態を示す加圧測定装置の断面図である。なお、図３と同一部位には同一符号を付して説明は省略する。
加圧測定装置５０は、プリント基板５１の一面（上面）に保持治具９を搭載すると共に、保持治具９の反対側に相当するプリント基板５１の他面（下面）に発振回路部品５２を搭載する。そして、チャンバ５３を構成するベース台座５４の上面には、発振回路部品５２を収容する発振回路部品収容凹所５４ａを有し、包囲部材５５の下面には保持治具９を収容する保持治具収容空所５５ａを有する。更に、包囲部材５５の肉厚内には、ガスボンベ６から加圧ガスを導入する加圧ガス導入路５６と排気パイプへ加圧ガスを排出する加圧ガス排出路５７を備え、保持治具収容空所５５ａを加圧ガスを導入する気密空所５８としている。
第３の実施形態は、気密空所５８に加圧ガスを導入した際に、プリント基板５１の一面（上面）にガス圧力による応力が加わり、プリント基板５１が発振回路部品５２側に撓む可能性があるので、プリント基板５１を補強するために、発振回路部品５２はドーナツ状に部品配置を行い、配置した部品の中心部に、ベース台座５４による柱５４ｂを設けた構造である。又、ベース台座５４と包囲部材５５とによりチャンバ５３内を気密封止する際は、Ｏリング２９などの封止部材を用いてそれぞれを密着させる。
【００３０】
第３の実施形態は、プリント基板５１の一面に保持治具９を搭載し、他面に発振回路部品５２を搭載したため、加圧測定装置５０の平面寸法が縮小して、加圧測定装置５０の小型化が進む。又、気密空所を保持治具収容空所側のみとしているため、気密空所の容積が極小化され、加圧ガスを気密空所に導入した際に、断熱圧縮により生ずる温度上昇を著しく抑制することができる。従って、加圧時に圧電振動子の発振周波数の変化を測定して気密検査を行う際に、圧電振動子自身の温度特性による発振周波数の変化の影響を低減することができ、圧電振動子の気密検査の精度を向上させることが可能となる。又、断熱圧縮によりチャンバ５３内の温度が変動しても、常温に収束する時間が短縮され、気密検査工程の時間短縮を図ることができる。更に、保持治具９に収容した圧電振動子２と発振回路部品５２とを対面配置することにより、圧電振動子２と発振回路部品５２との配線パターンの距離が縮まり、高周波回路からなる発振回路は、良好な発振特性を得ることができる。
【００３１】
次に、本発明の第４の実施形態に係る加圧測定装置について説明する。
図６は、本発明の第４の実施形態に係る圧電振動子の気密検査装置を構成する加圧測定装置の断面図である。なお、図５と同一部位には同一符号を付して説明は省略する。第４の実施形態は、第３の実施形態の変形例であって、加圧測定装置６０は、チャンバ６１を構成するベース台座６２の肉厚内にガスボンベ６と連通した加圧ガス導入路６３と排気パイプと連通した加圧ガス排出路６４を設け、ベース台座６２の上面に形成した発振回路部品５２を収容する発振回路部品収容空所６５内に、加圧ガスを導入できるようにしたことが特徴である。
第３の実施形態では、気密空所５８に加圧ガスを導入した際に、プリント基板５１の一面（上面）にガス圧による応力が加わり、プリント基板５１が発振回路部品５２側に撓む可能性があるが、第４の実施形態のように発振回路部品収容空所６５にも加圧ガスを導入してプリント基板下面を上向きに加圧することにより、プリント基板５１の撓みを抑制することができる。プリント基板５１に撓みを生ずると、プリント基板５１と発振回路部品５２、或いは配線パターンとの間に生ずる浮遊容量成分が変化し、高周波回路からなる発振回路の特性に影響を与えるが、プリント基板５１の撓みを抑制することによりこの影響を排除することができる。又、プリント基板５１の撓みを抑制することにより、チャンバ６１を構成するベース台座６２、及び包囲部材５５と、プリント基板５１との密着性が増し、チャンバ６１内の熱伝達性が向上して良好な放熱特性を得ることができる。又、チャンバ６１内への加圧ガスの導入は、保持治具９側と発振回路部品５２側とを同時に行ってもよいし、最初に発振回路部品５２側に加圧ガスを導入し、発振回路部品収容空所６５内の温度が常温に安定してから保持治具９側に加圧ガスを導入してもよい。又、発振回路部品５２側に常時加圧ガスを導入しておき、気密検査を行なう度に保持治具９側に加圧ガスを導入してもよい。
【００３２】
次に、本発明に係る加圧測定装置の第５の実施形態について説明する。
図７は、本発明の第５の実施形態に係る圧電振動子の気密検査装置を構成する加圧測定装置の断面図である。なお、図５と同一部位には同一符号を付して説明は省略する。加圧測定装置７０は、圧電振動子２を収容する保持治具が、内底面に圧電振動子２の外底部電極接続用のプローブ端子２４ａ、２４ｂを備えた凹所２５ａを有した治具本体２５のみから成る。そして、チャンバ７１をベース台座５４と包囲部材７２とチャンバ蓋部材７３とにより構成し、チャンバ蓋部材７３を用いて圧電振動子２の外底部電極をプローブ端子２４ａ、２４ｂに圧接するとともにチャンバ７１を封止したことが特徴である。又、ベース台座５４と包囲部材７２とチャンバ蓋部材７３とによりチャンバ７１内を気密封止する際は、Ｏリング２９などの封止部材を用いてそれぞれを密着させる。
第５の実施形態は、他の実施形態において保持治具を形成していた蓋部材を廃止して、チャンバ蓋部材７３の下面に設けた突起７３ａを用いて圧電振動子の上面を押圧するとともにチャンバ７１内を気密封止したので、加圧測定装置７０の構造が簡素化され、小型化を図ることが可能となった。又、熱伝導性の優れたチャンバ蓋部材７３が直接圧電振動子２の上面に接触しているため、圧電振動子２の放熱効果が向上してチャンバ７１内の温度が上昇した場合でも、短時間で常温に収束できる。
なお、保持治具の蓋部材を廃止してチャンバ蓋部材により圧電振動子を押圧する構造は、第１の実施形態や第２の実施形態にも適用することが可能である。
【００３３】
次に、本発明の第６の実施形態に係る加圧測定装置について説明する。
図８は、本発明の第６の実施形態に係る圧電振動子の気密検査装置を構成する加圧測定装置の断面図である。なお、図７と同一部位には同一符号を付して説明は省略する。第６の実施形態は、第５の実施形態の変形例であって、加圧測定装置８０は、チャンバ蓋部材８１に圧電振動子２の上面を弾性的に押圧するための弾性部材８２及び押圧片８２ａを備えている。そして、弾性部材８２を用いて圧電振動子２の上面を弾性的に下向きに押圧することにより圧電振動子２をプローブ端子２４ａ、２４ｂに圧接するとともにチャンバ８３を封止したことが特徴である。
【００３４】
第６の実施形態では、圧電振動子２の上面をチャンバ蓋部材８１に設けた弾性変形する弾性部材８２を用いて弾性的に押圧することにより圧電振動子２をプローブ端子２４ａ、２４ｂに圧接したので、圧電振動子２の外底部電極とプローブ端子２４ａ、２４ｂとをより強く密着させることができる。そして、弾性部材８２のバネ定数は、スプリング機構を有するプローブ端子２４ａ、２４ｂのバネ定数よりも高いものを使用することが望ましい。従って、圧電振動子２の外底部電極とプローブ端子２４ａ、２４ｂとがより強く密着することにより圧電振動子２の放熱効果が向上して、チャンバ８３は、内部温度が上昇した場合でも短時間で常温に収束できる。更に、圧電振動子２の外底部電極とプローブ端子２４ａ、２４ｂとの接触不良を防止し、気密検査の測定精度が改善される。又、第６の実施形態によれば、スプリング機構を有するプローブ端子２４ａ、２４ｂは、圧電振動子２に圧接した際に導電体長が一定に安定することから、プローブ端子２４ａ、２４ｂに分布するインダクタンスの変化を抑止し、インダクタンスの変化が発振回路に与える悪影響を低減することができる。
【００３５】
次に、圧電振動子の保持治具の材質について説明する。上述した第１の実施形態から第６の実施形態において、保持治具の材質を最適化することで、気密検査の工程を改善することができる。保持治具の材質としては、一般的に樹脂などが使用されることが多いが、検査対象の圧電振動子の放熱効果を高めるために、熱伝導性の高い材質、例えば、窒化アルミニウムなどを使用すると気密検査工程の時間短縮を行うことができる。前述したように、チャンバ内の温度は、加圧した際に瞬時に上昇し、以降、所定の傾斜特性で常温に収束する。従って、常温に収束する時間が長いと、その間、発振周波数の測定を停止している必要があり、気密検査時間が長時間化するという問題があった。そこで、保持治具の材質を窒化アルミニウムとして圧電振動子の放熱効果を高めると、加圧した際にチャンバ内の温度が急激に上昇しても、チャンバ内の温度が常温に収束する時間が短縮され、気密検査時間の短縮に繋がるという効果がある。
【００３６】
図９は、圧電振動子の保持治具の材質により変化する発振周波数の特性例を示すグラフ図である。図９は、圧電振動子を加圧した際に、圧電振動子のパッケージの機密性が不十分なため圧電振動子のパッケージ内部の圧力が変化した場合の圧電振動子の発振周波数特性を示す。そして、グラフ図は、保持治具の材質として、樹脂を用いた場合と、窒化アルミニウムを用いた場合とを示しており、グラフ図の縦軸は、圧電振動子の加圧前の発振周波数に対する変動幅を示し、横軸は、時間経過を示す。圧電振動子を加圧すると、保持治具の材質が樹脂の場合、窒化アルミニウムの場合ともに、保持治具の温度は、瞬時に温度上昇が生じて圧電振動子の発振周波数が−△Ｆ（ｐｐｍ）変化する。そして、保持治具の材質が窒化アルミニウムの場合には、保持治具の温度は、常温に２秒程度で収束し、２秒経過後には発振周波数の変動は、圧力変化による変動のみが計測される。一方、保持治具の材質が樹脂の場合は、保持治具の温度は、常温への収束に５秒程度を要し、５秒経過後に発振周波数の変動は、圧力変化による変動のみが計測される。従って、気密検査を行う際は、保持治具の材質が樹脂の場合、加圧後５秒程度の待ち時間が生ずるが、窒化アルミニウムの場合は、加圧後、２秒程度の待ち時間で周波数変動の測定を開始することができる。
【００３７】
次に、プリント基板においても材質を熱伝導性の高い材質、例えば、窒化アルミニウムなどを使用することにより、チャンバを構成する包囲部材や、圧電振動子を収容する保持治具と、チャンバを構成するベース台座との熱伝達性が向上し、圧電振動子の加圧時にチャンバ内の放熱効果を向上させて気密検査時間の短縮を図ることができる。
又、プリント基板の銅箔の厚みを増したり、プリント基板のホットパターンが形成されていない領域の両面全体に、レジスト膜を成膜しないグランドパターンを形成して両面のグランドパターンをスルーホールで接続し、グランドパターンとチャンバとを接触させることによりチャンバ全体の熱伝達特性を向上させることもできる。
以上、圧電振動子の気密検査装置の具体的な実施形態について説明したが、上述したようにチャンバ内を加圧して圧電振動子に加わる圧力を変化させる方法の外に、チャンバ内を減圧して圧電振動子に圧力変化を与え、圧電振動子の発振周波数の変化を計測して気密検査を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の検査手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の第１の実施形態を示す加圧測定装置の断面図である。
【図４】本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の第２の実施形態を示す加圧測定装置の断面図である。
【図５】本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の第３の実施形態を示す加圧測定装置の断面図である。
【図６】本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の第４の実施形態を示す加圧測定装置の断面図である。
【図７】本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の第５の実施形態を示す加圧測定装置の断面図である。
【図８】本発明に係る圧電振動子の気密検査装置の第６の実施形態を示す加圧測定装置の断面図である。
【図９】圧電振動子の保持治具の材質により変化する発振周波数の特性例を示すグラフ図である。
【図１０】従来の圧電振動子の気密検査装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…気密検査装置、２…圧電振動子、３、４４、５３、６１、７１、８３…チャンバ、４、２０、４０、５０、６０、７０、８０…加圧測定装置、５…周波数測定器、６…ガスボンベ、７…導入開閉弁、８…排出開閉弁、９…保持治具、１０、５２…発振回路部品、１１、５１…プリント基板、２１、４２、５８…気密空所、２２、４５、５６、６３…加圧ガス導入路、２３、４６、５７、６４…加圧ガス排出路、２４ａ、２４ｂ…プローブ端子、２５…治具本体、２６…蓋部材、２７、４１、５４、６２…ベース台座、２８、４３、５５、７２…包囲部材、６５…発振回路部品収容空所、７３、８１…チャンバ蓋部材、８２…弾性部材
【図１】
2009222693.tif 000003
【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】
2009222693.tif 000009
【図８】
2009222693.tif 000010
【図９】
2009222693.tif 000011
【図１０】
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