圧電振動子の気密検査装置及び気密検査方法
【課題】圧電振動子の特性異常をファインリーク判定の前に検出し、気密不良品を精度よくリジェクトする。
【解決手段】圧電振動子の気密性を検査する圧電振動子の気密検査方法であって、加圧前に取得された複数の周波数測定値に基づいて、圧電振動子の特性異常の有無を判定する第１の特性異常判定ステップ（Ｓ６２）と、加圧後に取得された複数の周波数測定値に基づいて、圧電振動子の特性異常の有無を判定する第２の特性異常判定ステップ（Ｓ６３）と、前記第１の特性異常判定ステップ（Ｓ６２）及び前記第２の特性異常判定ステップ（Ｓ６３）においてともに特性異常が無いと判定された場合に、ファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）に進む。
【解決手段】圧電振動子の気密性を検査する圧電振動子の気密検査方法であって、加圧前に取得された複数の周波数測定値に基づいて、圧電振動子の特性異常の有無を判定する第１の特性異常判定ステップ（Ｓ６２）と、加圧後に取得された複数の周波数測定値に基づいて、圧電振動子の特性異常の有無を判定する第２の特性異常判定ステップ（Ｓ６３）と、前記第１の特性異常判定ステップ（Ｓ６２）及び前記第２の特性異常判定ステップ（Ｓ６３）においてともに特性異常が無いと判定された場合に、ファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）に進む。
【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及び気密検査方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶などの圧電材料を使用した圧電振動子用のパッケージ（以下「パッケージ」という）は、圧電振動子の信頼性を確保する上で内部の気密性が十分に保たれていることが必要であり、圧電振動子の製造工程においてはパッケージの気密検査の工程が必要である。気密検査としては、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る。
【０００３】
グロスリーク判定の具体的方法としては、例えばパッケージを湯の中に沈めて内部を膨張させ、封止が十分でない場合に膨張した内部空気が封止不完全部分から気泡となって漏れ出るのを目視で確認する方法がある。
【０００４】
また、他の従来のグロスリーク判定方法としては、粘性が低く低表面張力、かつ無臭無色透明なフッ素系不活性液体であるフロリナートを用いた具体例がある。所定の容器に検査対象となるパッケージの気密封止が完了した水晶振動子（圧電振動子の具体例）を載置してフロリナートを充填すると、水晶振動子に大きな穴があるとフロリナートがパッケージの内部に侵入する。侵入したフロリナートは、水晶振動子の振動を停止させるよう作用するので、フロリナートに浸した水晶振動子を発振回路に接続して発振特性を確認することにより、水晶振動子のグロスリーク判定が可能となる。
【０００５】
そして、ファインリーク判定の方法としては例えばＨｅリーク検査法がある。Ｈｅリーク検査法は、グロスリーク検査の前に行われ、ヘリウムガスが充填された検査容器内でパッケージを加圧して微小穴からパッケージ内にヘリウムガスを圧入し、次いで検査容器内を減圧にしてパッケージからリークされるヘリウムガスを測定することで、微小穴の存在を確認するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−５１８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の水晶振動子の気密検査方法は次のような問題がある。
【０００８】
検査対象となる圧電振動素子をパッケージ内に収容して気密封止が完了した水晶振動子を湯の中に沈める気泡を利用したグロスリーク判定の方法は、気泡を目視により確認する判定方法であり、信頼性に乏しいといった問題がある。
【０００９】
また、フロリナートを用いたグロスリーク判定の方法は、フロリナートが環境に悪影響を与える溶液であり、今後廃止される方向であることから、フロリナートをグロスリーク判定に用いることは環境改善のために避けるべきである。
【００１０】
そして、Ｈｅガスを用いたファインリーク判定の方法は、検査対象となるパッケージの気密封止が完了した水晶振動子を加圧チャンバー内に載置した後、Ｈｅガスを吸気して所定の時間加圧させる必要があり、判定に時間がかかる。さらに、Ｈｅガスを吸気して所定の時間加圧した水晶振動子を加圧チャンバー内から取り出し、Ｈｅガスディテクターのチャンバー内に収容するまでに、水晶振動子のパッケージ内に進入したＨｅガスが少なからず放出されてしまう可能性があり、判定に誤差を生ずることが考えられる。そして、水晶振動子のパッケージのサイズが小さくなると、水晶振動子のパッケージ内に進入するＨｅガスが微小となるため、一段と進む水晶振動子の小型化に対応することが難しい。
【００１１】
上述したような従来の水晶振動子パッケージの気密検査方法の問題点を解決する手法として、特許文献１により開示された水晶振動子のインピ−ダンスを測定する気密検査方法がある。
【００１２】
ところが、近年パッケージのサイズが小型化し、特にファインリークに起因する水晶振動子を含む圧電振動子のインピ−ダンスを高精度に判定するのは困難になってきている。そして、パッケージの気密性に問題がないにもかかわらず、起動直後の発振周波数が安定しない圧電振動子や発振周波数のばらつきが大きい圧電振動子といった特性異常を有する圧電振動子がファインリーク検査異常品と誤判定されてしまう場合が少なからず発生している。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、起動後の発振周波数が安定しない又は発振周波数のばらつきが大きい（以下、「特性異常」と表す）圧電振動子をファインリーク判定の前に検出し、気密不良品を精度よくリジェクト（除外）することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）本発明は、
圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子の気密性を検査する圧電振動子の気密検査方法であって、前記圧電振動子に発振を開始させてから所定時間経過後に、複数の時刻における前記圧電振動子の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する加圧前測定値取得ステップと、前記圧電振動子を加圧した状態で、複数の時刻における前記圧電振動子の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する加圧後測定値取得ステップと、前記加圧前測定値取得ステップにおいて取得された少なくとも１つの前記周波数測定値及び前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された少なくとも１つの前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する第１の気密性判定ステップと、前記加圧前測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の特性異常の有無を判定する第１の特性異常判定ステップと、前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の特性異常の有無を判定する第２の特性異常判定ステップと、前記第１の特性異常判定ステップ及び前記第２の特性異常判定ステップにおいてともに特性異常が無いと判定された場合には、前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する第２の気密性判定ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、グロスリーク判定とファインリーク判定だけでなく、起動特性判定や周波数偏差判定も気密検査内で行うことにより、ファインリーク判定における誤判定を防止し、気密不良品を精度よくリジェクトできるとの効果を発揮する。
【００１６】
（２）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記第１の気密性判定ステップは、前記加圧前測定値取得ステップで取得された１の前記周波数測定値と前記加圧後測定値取得ステップで取得された１の前記周波数測定値の差分を所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定してもよい。
【００１７】
（３）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記第２の気密性判定ステップは、前記加圧後測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値を直線近似し、当該直線の傾きを所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定してもよい。
【００１８】
（４）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記第１の特性異常判定ステップは、前記加圧前測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値を直線近似し、当該直線の傾きを所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の特性異常の有無を判定してもよい。
【００１９】
（５）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記第２の特性異常判定ステップは、前記加圧後測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値のｎ階差分（ｎ≧１）の標準偏差の値を所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の特性異常の有無を判定してもよい。
【００２０】
（６）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記ｎは３以上であってもよい。
【００２１】
（７）この圧電振動子の気密検査方法は、
前記第１の特性異常判定ステップ又は前記第２の特性異常判定ステップで特性異常が有ると判定された場合に、さらにＨｅリーク検査によって前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定するステップを含んでもよい。
【００２２】
（８）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記加圧後測定値取得ステップは、前記圧電振動子を加圧中の所与の期間に、前記第２の気密性判定ステップで使用される前記周波数測定値と同時に、前記第２の特性異常判定ステップで使用される前記周波数測定値を取得してもよい。
【００２３】
（９）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記加圧後測定値取得ステップは、前記第２の気密性判定ステップで使用される前記周波数測定値を取得する前に、前記第２の特性異常判定ステップで使用される前記周波数測定値の取得を開始してもよい。
【００２４】
（１０）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記圧電振動素子は水晶振動素子であって、前記加圧後測定値取得ステップにおいて、前記水晶振動素子に流れる電流が0.5〜1.0ｍＡの範囲になるように制御して前記水晶振動素子を発振させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る圧電振動子の気密検査方法に用いる装置の構成例の図である。
【図２】圧電振動子の位相特性を示した図である。
【図３】本発明の実施形態に係る加圧力の変化を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における良品・不良品の発振周波数の変動の例を示す図である。
【図５】本実施形態の圧電振動子の気密検査方法のフローチャートである。
【図６】本実施形態の圧電振動子の気密検査方法のフローチャートである。
【図７】本実施形態の圧電振動子の特性異常判定に用いるパラメーターの測定例を示す図である。
【図８】本実施形態の圧電振動子の特性異常判定に用いるパラメーターの測定例を示す図である。
【図９】本実施形態の圧電振動子の気密検査方法のフローチャートである。
【図１０】本実施形態の圧電振動子の気密検査方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（１．気密検査装置）
図１は本実施形態に係る圧電振動子の気密検査方法に用いる装置の構成例の図である。
【００２７】
気密検査装置１は圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子２を検査対象とする気密検査装置である。圧電振動素子は、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）、
タンタル酸リチウム（LiTaO3）、四ほう酸リチウム（Li2B4O7：LBO）等の単結晶材料や、酸化亜鉛（ZnO）、窒化アルミニウム（AlN）、ダイヤモンド薄膜等の圧電性薄膜、圧電性セラミックス材料などを用いて製造することができる。本願発明に係る気密検査方法は広く圧電振動子一般を対象とする。しかし、圧電振動子の特性は様々であるため、説明の都合上、以下の実施形態に係る圧電振動子２としてはＡＴカットの水晶振動素子をパッケージ内に収容した水晶振動子を想定する。
【００２８】
気密検査装置１は圧電振動子２を内部に収容する気密空所である加圧チャンバー３を有する。加圧チャンバー３内部の気圧は加圧ガスにより適宜加圧される。この加圧ガスはボンベ４に充填されており、加圧ガスとして例えばＨｅガスが用いられる。ボンベ４と加圧チャンバー３とは配管もしくは他の手段により接続されており、加圧チャンバー３内の吸気開閉弁７を開け加圧ガスを吸気する。また、加圧チャンバー３から加圧ガスを排気するには、加圧チャンバー３内の排気開閉弁８を開けることで行う。ここで、気密検査装置１は、吸気開閉弁７と排気開閉弁８の開閉動作を制御する開閉弁制御回路９を有していてもよい。
【００２９】
加圧チャンバー３内には、検査対象の圧電振動子２を発振させるための発振回路を有する治具１０が含まれる。治具１０には、例えば圧電振動子２を固定し保持する保持治具やその他検査に必要な回路基板等が含まれていてもよい。気密検査装置１は治具１０の発振回路により圧電振動子２が発振したときに発振周波数を測定する測定器１４を備える。また、気密検査装置１は加圧チャンバー３内の温度を検出する温度センサー１１や治具１０を介して圧電振動素子を流れる電流が一定となるように制御する定電流制御回路１３を含んでもよい。
【００３０】
このような構成の気密検査装置１を用いた本実施形態の気密検査方法は、例えば次の手順による。まず、検査対象となる圧電振動子２を、加圧チャンバー３内の発振回路を備えた治具１０にセットして発振周波数を測定器１４により測定する。次に、吸気開閉弁７を開けてボンベ４の加圧ガスを吸気して、加圧チャンバー３内部を加圧し、一定の気圧となったら加圧後の圧電振動子２の発振周波数も測定器１４により測定する。そして、これらの加圧前および加圧後の測定値に基づいて、後述する気密性判定（リーク判定）や特性異常判定を行う。このとき、気密検査の進行に応じて適宜排気開閉弁８によって加圧チャンバー３内部の気圧が調整（減圧）されてもよい。また、発振周波数の測定において、温度センサー１１の情報に基づき治具１０などによって圧電振動子２の発振周波数に温度補償が加えられていてもよいし、定電流制御回路１３を用いて圧電振動子２を流れる電流が一定となるように制御されてもよい。
【００３１】
この気密検査において、例えばパッケージ封止に不備があると、圧電振動子２の内部にある圧電振動素子も加圧チェンバー３内の加圧に伴い加圧されて、その電気的特性が変化する。そこで、この性質を利用し、加圧チャンバー３内で治具１０を使って圧電振動子２を発振させて測定器１４により発振周波数を測定し、例えば加圧前後の発振周波数の変化などから気密性の判別を行ったりしている。
【００３２】
図２は圧電振動子の位相特性を示した図である。
【００３３】
図２は圧電振動子２の気密性が保たれていないときの位相特性の例であるが、加圧した際に、位相が６０ｄｅｇから８０ｄｅｇ近辺において周波数が大きく変化している。そこで、本実施形態の気密検査方法はこの性質を利用して、周波数測定により検出の精度を高めることができる。例えば、圧電素子の有するインピーダンス値を測定する方法（特許文献１参照）では、圧電振動子２の気密性が保たれていないときでも加圧前後の圧電素子のインピーダンス値の変化は少ない。そこで、位相が６０ｄｅｇから８０ｄｅｇ近辺における周波数測定の測定値の変化に基づいて判断すれば検出の精度ないし検査の信頼性は高まると考えられる。本実施形態の気密検査方法では、装置の構成として、例えば圧電振動子２の位相が６０ｄｅｇから８０ｄｅｇとなるコルピッツ型等の発振回路を治具１０に設けておくことで前記位相範囲での周波数測定が可能であり、気密検査の検出精度が向上させることができる。
【００３４】
本発明に係る圧電振動子の気密検査方法を実現する装置の形態は気密検査装置１には限らないが、以下の実施形態では気密検査装置１を用いるものとして説明し、以下の記載における気密検査装置の構成要素に付された番号は図１で用いた番号である。また、治具１０は前記位相範囲（６０ｄｅｇから８０ｄｅｇ）での周波数測定が可能な発振回路を備えているものとして説明する。
【００３５】
（２．周波数測定の実施形態）
図３は本実施形態における加圧チャンバー３内部の加圧力の変化を示す図である。
【００３６】
図３において、加圧力が０の場合加圧チャンバー３内部は加圧ガスにより加圧されていないことを意味する。すなわち、気圧の調整をしていない通常の環境下での検査であれば加圧チャンバー３内部は大気圧のままであることを意味する。加圧力が１［ＭＰａ（メガパスカル）］であるとは、吸気開閉弁７を開け加圧ガスを吸気した結果、加圧チャンバー３内部の気圧が加圧ガスの吸気前に比べて１［ＭＰａ］加圧されたことを意味する。なお、１［ＭＰａ］は例示であり、加圧力の値は気密検査の実施の形態によって適切に選択される。
【００３７】
図３において、時刻ｔ１は検査対象である圧電振動子２が発振を開始した「発振開始時刻」を示す。
【００３８】
時刻ｔ２は、時刻ｔ１から時間Ｔ１経過後であり、発振開始時に比べ圧電振動子２の発振が安定する「発振安定時刻」を示す。ここで、Ｔ１は検査対象である圧電振動子２の性能（圧電振動子２の発振が安定するのに必要な時間）に依存する。本実施形態ではＴ１を１秒とする。
【００３９】
時刻ｔ３は、時刻ｔ２から時間Ｔ２経過後であり、加圧チャンバー３の加圧を開始する「加圧開始時刻」を示す。ここで、Ｔ２は後述する加圧前測定値取得ステップにおいて取得される周波数測定値（以下「加圧前測定値」ともいう）をサンプリングするのに要する時間に依存する。すなわち、Ｔ２は必要な加圧前測定値を得るのに十分な時間である。本実施形態ではＴ２を１秒とする。
【００４０】
時刻ｔ４は、時刻ｔ３から時間Ｔ３経過後であり、加圧チャンバー３内部が所定の気圧に達した「所定気圧到達時刻」を示す。ここで、Ｔ３は加圧チャンバー３の容積や加圧ガスの吸気性能など気密検査装置１の構成に依存する。本実施形態ではＴ３を１秒とする。
【００４１】
時刻ｔ５は、時刻ｔ４から時間Ｔ４経過後であり、加圧チャンバー３内部の加圧による温度上昇の影響がなくなる「温度安定時刻」を示す。温度の安定とは、例えば加圧チャンバー３内部の温度が加圧前の温度に戻ることをいう。ここで、Ｔ４も気密検査装置１の構成に依存する。本実施形態ではＴ４を１１秒とする。
【００４２】
時刻ｔ６は、時刻ｔ５から時間Ｔ５経過後であり、周波数測定が完了する「測定完了時刻」を示す。ここで、Ｔ５は後述する加圧後測定値取得ステップにおいて取得される周波数測定値（以下「加圧後測定値」ともいう）をサンプリングするのに要する時間に依存する。本実施形態ではＴ５を６秒とする。
【００４３】
本実施形態における加圧の状況を図３を用いて説明する。検査対象となる圧電振動子２を、加圧チャンバー３内の発振回路を備えた治具１０にセットし、発振開始時刻ｔ１から圧電振動子２は発振を開始する。その２秒後（Ｔ１＋Ｔ２）の加圧開始時刻ｔ３で吸気開閉弁７を開け加圧チャンバー３内への加圧ガスの吸気が開始される。その１秒後（Ｔ３）の所定気圧到達時刻ｔ４には加圧チャンバー３内部の圧力が加圧前に比べて１［ＭＰａ］上昇し所定の気圧に到達する。そして、加圧チャンバー３内部は前記所定の気圧を保ったまま１７秒後（Ｔ４＋Ｔ５）周波数測定が完了する。
【００４４】
図４は本実施形態における良品・不良品の発振周波数の変動の例を示す図である。時刻に付された番号は図３と同じであり説明は省略する。
【００４５】
図４の縦軸ΔＦは周波数測定値を所定の周波数からの変動量で示したものである。単位はｐｐｍ（parts per million）であり、その圧電振動子の周波数（以下、「公称周波数」という）に対する測定値の差を、公称周波数に対する割合で示している。例えば１０ＭＨｚの圧電振動子を用いた場合、測定値が１０，０００，１００Ｈｚであった場合、ΔＦは１００Ｈｚであり、ｐｐｍに換算すると１０ｐｐｍと表される。
【００４６】
図４には良品判定となる場合（Ａ）、ファインリーク判定で不良と判定される場合（Ｂ）、グロスリーク判定で不良と判定される場合（Ｃ）が示されている。後述するように、良品判定となるのはグロスリーク判定およびファインリーク判定で共に良品判定されたものに限られる。
【００４７】
まず、グロスリーク判定で不良と判定されるものは、図４の（Ｃ）のように１の加圧後測定値（例えば時刻ｔ５での測定値）と１の加圧前測定値（例えば時刻ｔ２での測定値）の差が大きい。例えば図４ではその差は１０ｐｐｍである。
【００４８】
次に、ファインリーク判定で不良と判定されるものは、図４の（Ｂ）のように加圧前後での周波数の差はグロスリーク判定での不良品ほど大きくはない。しかし、加圧後測定値において時間が経つにつれ公称周波数との差が大きくなる傾向がある（時刻ｔ５〜ｔ６）。一方で図４の（Ａ）のように良品は加圧後測定値が時間経過に伴い変化するという傾向は見られない。すなわち、ファインリーク判定は加圧後測定値を直線近似し、その時間経過に対する傾きにより判定することが可能である。
【００４９】
しかし、その傾きは非常に小さく、ファインリークが発生していないにもかかわらず、例えば発振周波数の変動量が大きく、発振周波数のばらつきが大きい圧電振動子をファインリーク検査異常品として誤判定してしまう場合がある。そこで、本実施形態では後述する第1および第２の特性異常判定を導入し、起動直後の発振周波数の変動量が大きい圧電振動子や発振周波数のばらつきが大きい圧電振動子といった特性異常を有する圧電振動子をファインリーク判定の前に検出し、気密不良品を精度よくリジェクトする。なお、ここでは、発振周波数の変動量とは起動直後からの発振周波数の変化のことを言い、発振周波数のばらつきとは、発振回路が起動して発振が安定したときの、発振周波数の変化のことを言う。
【００５０】
（３．気密検査方法の実施形態）
図５は本実施形態における圧電振動子２の気密検査方法のフローチャートを示す。図５において、Ｓ１からＳ５では本実施形態での操作内容に先に説明した時刻ｔ１〜ｔ６を付して図３、図４と対応づけている。
【００５１】
Ｓ１は発振開始時刻ｔ１において、検査対象である圧電振動子２の発振を開始することを示す。
【００５２】
Ｓ２は圧電振動子２の発振が安定する所定の時刻（発振安定時刻ｔ２）まで待つことを示す。
【００５３】
Ｓ３は発振安定時刻ｔ２から加圧開始時刻ｔ３まで加圧前測定値を取得、すなわち圧電振動子２の発振周波数を測定することを示す。このとき、複数の時刻において圧電振動子２の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する。ここで、Ｓ３を加圧前測定値取得ステップとも呼ぶ。
【００５４】
Ｓ４は加圧開始時刻ｔ３から加圧チャンバー３内部を加圧し始めることを示す。加圧チャンバー３内部が所定の気圧に達すると（所定気圧到達時刻ｔ４）、その後は測定完了時刻ｔ６まで加圧チャンバー３内部は所定の気圧に保たれる。
【００５５】
図５のＳ５は、所定気圧到達時刻ｔ４からではなく、加圧チャンバー３内部の温度が安定した温度安定時刻ｔ５から測定完了時刻ｔ６まで加圧後測定値を取得、すなわち加圧後の圧電振動子２の発振周波数を測定することを示す。
【００５６】
ここで、Ｓ５は圧電振動子２を加圧した状態で、複数の時刻における圧電振動子２の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する。ここで、Ｓ５を加圧後測定値取得ステップとも呼ぶ。
【００５７】
Ｓ６はＳ３、Ｓ５で取得された圧電振動子２の発振周波数の測定値をもとに気密性判定および特性異常判定を行うステップである（電気式リーク検査）。詳細は図６を用いて説明する。
【００５８】
図６（Ａ）は本実施形態における電気式リーク検査のフローである。すなわち、圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子２の気密性を検査する気密検査方法における、データ（圧電振動子２の発振周波数）測定後の良品判定又は不良品判定を行うフローである。
【００５９】
本実施形態では、第１の気密性判定ステップＳ６１と第２の気密性判定ステップＳ６４だけでなく、第１の特性異常判定ステップＳ６２と第２の特性異常判定ステップＳ６３を実施することにより特性異常の圧電振動子２を検出し、気密不良品を精度よくリジェクトすることができる。
【００６０】
図６（Ａ）のＳ６１は、グロスリーク判定である（図４の（Ｃ）参照）。グロスリーク不良品は加圧後の測定値と加圧前の測定値の差が大きい。そこで、加圧後測定値取得ステップにおいて取得される周波数測定値（以下「加圧後測定値」ともいう）の１の測定値（時刻ｔ５での測定値）と、加圧前測定値取得ステップにおいて取得される周波数測定値（以下「加圧前測定値」ともいう）の１の測定値（時刻ｔ２での測定値）の差を計算し、その差分が例えば１ｐｐｍ未満であれば圧電振動子２はグロスリーク判定基準を満たすとしてステップＳ６２に進む。前記条件を満たさなければ、グロスリーク不良判定Ｓ６６となる。
【００６１】
なお、図６（Ａ）のＳ６１は、加圧前測定値取得ステップ（図５のＳ３）において取得された少なくとも１つの周波数測定値及び加圧後測定値取得ステップ（図５のＳ５）において取得された少なくとも１つの周波数測定値に基づいて、圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する「第１の気密性判定ステップ」に対応する。
【００６２】
本実施形態では、加圧後測定値から１の測定値を選択しているが複数でもよい。複数の測定値を選択した場合には平均値などの代表値を求めて判定に用いてもよい。加圧前測定値についても同様である。また、時刻ｔ５での測定値は別の加圧後測定値でもよく、時刻ｔ２での測定値は別の加圧前測定値でもよい。また、１ｐｐｍは例であり、検査対象である圧電振動子２の特性などから別の数値を用いてもよい。
【００６３】
図６（Ａ）のＳ６２は、圧電振動子２の起動直後の特性異常を検出するための起動特性判定である。前述の特性異常に分類される圧電振動子として、起動直後の発振周波数が安定しない圧電振動子がある。これは発振周波数が安定するまでに時間がかかる特性を有するがパッケージのリークによる不良ではない。したがって、この特性異常の圧電振動子がリーク不良判定とされてしまうことは、気密検査としての信頼性を低下させる。また、発振周波数が安定するまでに時間はかかるが、その圧電振動子のスペック、用途からは不良品とまではいえない場合もある。この場合にリーク不良とすることは誤判定であり、その結果、歩留まりが低下してしまう。ステップＳ６２はこのような特性異常不良品を検出する。
【００６４】
なお、図６（Ａ）のＳ６２は、加圧前測定値取得ステップにおいて取得された複数の周波数測定値に基づいて、圧電振動子の特性異常の有無を判定する「第１の特性異常判定ステップ」に対応する。
【００６５】
起動特性判定では、複数の加圧前測定値の時間的な変化を直線近似し、その傾きの絶対値が例えば５ｐｐｂ（parts per billion）／ｓ未満であれば圧電振動子２は特性異常（起動特性異常）ではないと判定し、ステップＳ６３に進む。前記条件を満たさなければ、圧電振動子２は特性異常（起動特性異常）であるとして、Ｈｅ（ヘリウム）リーク検査Ｓ６７に進む。このときＨｅリーク検査Ｓ６７に進まずに、起動特性異常として不良品と判定されてもよい。Ｈｅリーク検査Ｓ６７の実施は、特性異常により第２の気密性判定ステップでの信頼できる結果を期待できない場合に、第２の気密性判定ステップの方法とは別のリーク検査を行うことで気密検査としての信頼性を高め、加えてその実施結果に問題がない特性異常品を良品とすることで歩留まりを高めることにある。なお、前記直線近似においては最小二乗法を用いてもよい。
【００６６】
Ｈｅリーク検査Ｓ６７は例えば図６（Ｂ）のフローチャートのように実施される。Ｈｅリーク検査Ｓ６７は、特性異常の圧電振動子２をＨｅ雰囲気内で加圧し（Ｓ６７１）、その後、真空室内などに圧電振動子２を放置し（Ｓ６７２）、そのＨｅリーク量を測る（Ｓ６７３）。そのリーク量が例えば１×１０−９［Ｐａｍ３／ｓ］未満であれば、Ｈｅリーク検査としての良品判定（Ｓ６７４）を行い、１×１０−９［Ｐａｍ３／ｓ］以上であれば、Ｈｅリーク検査としての不良判定（Ｓ６７４）を行う。
【００６７】
ここで、Ｈｅリーク検査Ｓ６７は加圧ステップ（Ｓ６７１）で約２時間放置する必要があり（ＭＩＬ規格）、検査対象の圧電振動子２の全てに対してＨｅリーク検査Ｓ６７を行うと気密検査に時間がかかる。更に、加圧（Ｓ６７１）の後に放置（Ｓ６７２）するチャンバー移動する過程でＨｅガスが少なからず放出されてしまうことがある。この移動時間は検査対象数が多ければ長くなる。例えばパッケージのサイズが小さい圧電振動子２を検査する場合は、移動中のＨｅガスの放出の影響を考慮すると、一度に多数の圧電振動子２を検査することは困難である。
【００６８】
本実施形態では、特性異常のない圧電振動子２については周波数測定値を用いる第２の気密性判定を行うので、Ｈｅリーク検査Ｓ６７による検査の長時間化などの影響が直接及ぶことはない。すなわち、特性異常を示した圧電振動子２だけに対し、主要な検査ステップ（Ｓ６１〜Ｓ６４）から切り離してＨｅリーク検査Ｓ６７を行うので、前記の検査時間の長時間化の影響は及ばない。また、Ｈｅリーク検査Ｓ６７の対象である特性異常を示す圧電振動子２は検査対象の一部であるので、前記移動時間中のＨｅガス放出の問題も生じない。
【００６９】
なお、ステップＳ６７としてＨｅリーク検査以外のファインリーク判定を行ってもよい。
【００７０】
図６（Ａ）のＳ６３は、圧電振動子２の発振周波数のばらつきの異常を検出するための周波数偏差判定である。前述の特性異常に分類される圧電振動子として、発振周波数のばらつきが大きい圧電振動子がある。これは、発振周波数の測定値間で差が大きいため時間的な発振周波数の変化があるように見えるが、実際にはパッケージの気密性には問題はないという特性異常である。したがって、この特性異常の圧電振動子がリーク不良判定とされてしまうことは、気密検査としての信頼性を低下させる。また、発振周波数にばらつきは大きいが、その圧電振動子のスペック、用途からは不良品とまではいえない場合もある。この場合にリーク不良とすることは誤判定であり、その結果、歩留まりが低下してしまう。ステップＳ６３はこのような周波数偏差不良品を検出する。
【００７１】
なお、図６（Ａ）のＳ６３は、加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の周波数測定値に基づいて、圧電振動子の特性異常の有無を判定する「第２の特性異常判定ステップ」に対応する。
【００７２】
本実施形態の周波数偏差判定では、周波数のばらつきを判断するために複数の加圧後測定値の３階差分を計算して、その標準偏差が例えば５ｐｐｂ（parts per billion）未満であれば圧電振動子２は特性異常（周波数偏差異常）ではないと判定しステップＳ６４に進む。前記条件を満たさなければ、圧電振動子２は特性異常（周波数偏差異常）であるとして、Ｈｅ（ヘリウム）リーク検査Ｓ６７に進む。このときＨｅリーク検査Ｓ６７に進まずに、周波数偏差異常として不良品と判定されてもよい。Ｈｅリーク検査Ｓ６７については、起動特性判定の場合と同じである。なお、Ｓ６３とＳ６２はともに特性異常の判定であるので判定の順序は入れ替わってもよい。すなわち、周波数偏差判定が起動特性判定より前に行われてもよい。
【００７３】
ここで、３階差分の具体的な計算は次の通りである。周波数測定値ΔＦ（公称周波数との差をｐｐｍ単位で表記した周波数測定値）を時系列に並べたものを｛ΔF1, ΔF2, ΔF3, ΔFm｝と表すと、その１階差分は｛ΔF2-ΔF1, ΔF3-ΔF2, ΔFm-ΔFm-1｝である。つまり、１階差分値はΔF’i=ΔFi+1-ΔFi（i=1,2, m-1）で表される。そして、２階差分値ΔF’’はこの１階差分値を使って計算される。つまり、ΔF’’i=ΔF’i+1-ΔF’i=ΔFi+2-2ΔFi+1+ΔFi(i=1,2, m-2)である。そして、同様に３階差分値はΔF’’’i=ΔF’’i+1-ΔF’’i=ΔFi+3-3ΔFi+2+3ΔFi+1-ΔFi(i=1,2, m-3)である。
【００７４】
本実施形態では圧電振動子２として、ＡＴカットの水晶振動素子を用いた水晶振動子を想定する。この水晶振動素子の周波数温度特性は３次曲線を示すので、周波数偏差判定Ｓ６３において３階差分を用いることで、温度変化の影響を取り除くことができ精度のよい判定を行うことができる。なお、３以上の階の差分をとってもよい。
【００７５】
図７は、３つの圧電振動子（全て良品）についての周波数測定値の差分値計算の例を示す。図７（Ａ）の点線で囲まれた部分は、加圧後の周波数測定値ΔＦを示す。これには所定気圧到達時刻ｔ４から温度安定時刻ｔ５の期間に測定された周波数測定値が含まれる。図７（Ａ）の通り、温度変化の影響のため、点線で囲まれた部分の周波数測定値ΔＦは傾きをもっている。ここで、周波数温度特性は３次曲線を示すことから、３階差分を計算すると図７（Ｂ）のように周波数ばらつきのみが残る。そして３階差分の標準偏差をとると図７（Ｃ）のように、良品においてはその偏差の値は小さい。
【００７６】
この結果から周波数測定値の３階差分を用いることで、周波数偏差判定は温度変化の影響を取り除いた精度のよい判定を行うことができる。
【００７７】
ここで、図８は周波数測定値の３階差分の標準偏差Ｆ’’’stdevと水晶電流（水晶振動素子に流れる電流）との関係を示す。図８からは、水晶電流が０．５〜１．０ｍＡの範囲にあるときに、標準偏差Ｆ’’’stdevが特に小さいことがわかる。したがって、周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）において周波数測定値の３階差分を用いる本実施形態では、水晶振動素子に流れる電流値を０．５〜１．０ｍＡの範囲である一定値となるように制御することで、さらに判定の精度を高めることができる。具体的な制御方法としては、図１の定電流制御回路１３によって圧電振動素子を流れる電流を０．５〜１．０ｍＡの範囲に制御すればよい。
【００７８】
図６（Ａ）のＳ６４は、ファインリーク判定である（図４の（Ｂ）参照）。ファインリーク不良品は加圧後測定値において時間が経つにつれ公称周波数との差が大きくなる傾向がある。そこで、複数の加圧後測定値の時間的な変化を直線近似し、その傾きが例えば１ｐｐｂ／ｓ未満であれば圧電振動子２はファインリーク判定基準も満たすので良品判定Ｓ６５となる。前記条件を満たさなければ、ファインリーク不良判定Ｓ６８となる。なお、前記直線近似においては最小二乗法を用いてもよい。
【００７９】
なお、図６（Ａ）のＳ６４は、第１の特性異常判定ステップ（Ｓ６２）及び第２の特性異常判定ステップ（Ｓ６３）においてともに特性異常が無いと判定された場合に、加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の周波数測定値に基づいて、圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する「第２の気密性判定ステップ」に対応する。
【００８０】
以上のように、本実施形態のファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）においては、誤判定を生じさせうる特性異常の圧電振動子は既に前のステップ（Ｓ６２、Ｓ６３）で検出されているので、気密不良品だけを精度よくリジェクトすることができる。
【００８１】
（４．変形例について）
前記の実施形態では、図６（Ａ）の周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）とファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）は共に複数の加圧後測定値を用いている。このとき、両ステップ（Ｓ６３とＳ６４）で用いる複数の加圧後測定値が全て同じであれば、加圧後測定値取得ステップ（Ｓ５）での発振周波数の測定回数を減らすことができるため望ましい。前述の通り、ファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）では温度変化に伴う変動が判定に影響することを避けるために、温度安定時刻ｔ５以後の発振周波数の測定値を用いる必要がある。よって、この場合、温度安定時刻ｔ５から測定完了時刻ｔ６の期間で周波数測定値を取得すればよい（図５のＳ５）。
【００８２】
このように、周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）とファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）で使用する加圧後測定値の一部又は全部が共通する場合、圧電振動子２を加圧中の一定の期間（例えば温度安定時刻ｔ５から測定完了時刻ｔ６の期間）において、効率良く加圧後測定値を取得することが可能である。
【００８３】
しかし、この場合、周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）を開始できるのは加圧後測定値の取得が完了する測定完了時刻ｔ６の経過後になる。もし、所定気圧到達時刻ｔ４から温度安定時刻ｔ５までに取得された周波数測定値の一部または全部を用いて周波数偏差判定を行うことができれば、周波数偏差判定に必要な加圧後測定値が測定完了時刻ｔ６より前に揃うので周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）を早期に開始でき、電気式リーク検査のフロー全体にかかる時間を短縮できる。
【００８４】
また、周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）で必要な加圧後測定値のデータ数が、ファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）で必要な加圧後測定値のデータ数より多い場合にも、所定気圧到達時刻ｔ４から温度安定時刻ｔ５までに取得された周波数測定値の一部または全部を用いて周波数偏差判定を行うことができれば、測定完了時刻ｔ６を早めることができ、気密検査全体にかかる時間を短縮できる。
【００８５】
そこで、先の実施形態の変形例として図５に代えて図９のフローチャートを用いる。図９は図５の変形例であり、Ｓ５に代えてＳ１５を行っているが、Ｓ１〜Ｓ４のステップは同じである。このとき対応する電気式リーク検査のフローチャートは図６（Ａ）に代えて図１０となる。なお、Ｈｅリーク検査については図６（Ｂ）と同じである。なお、図９又は図１０では、図５又は図６と同じ要素には同じ番号を付してあり説明を省略する。
【００８６】
図１０のＳ１５は、所定気圧到達時刻ｔ４から測定完了時刻ｔ６まで加圧後測定値を取得することを示す。このとき、所定気圧到達時刻ｔ４から温度安定時刻ｔ５までに測定された圧電振動子２の発振周波数は加圧チャンバー３内部の加圧に伴う温度変化の影響を受けている。したがって、この期間の測定値は、発振周波数の時系列における小さな変化でも影響を受けるファインリーク判定に用いることはできないが、前述の通り周波数測定値の３階差分を用いることで温度変化の影響を取り除くことができる周波数偏差判定には用いることができる。
【００８７】
本変形例における図１０の周波数偏差判定ステップＳ１６３は、所定気圧到達時刻ｔ４から温度安定時刻ｔ５までに取得された加圧後測定値を用いて周波数偏差判定を行う場合を示す。このとき、周波数偏差判定に必要な加圧後測定値が測定完了時刻ｔ６より前のｔ５に揃うので周波数偏差判定ステップを早期に開始でき、電気式リーク検査のフロー全体にかかる時間を短縮できる。
【００８８】
なお、本発明は本実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。また、圧電振動子の例として水晶振動子を用いたが、本発明は他の圧電振動子についても適応可能であり、特性異常の圧電振動子をファインリーク判定の前に検出し、気密不良品を精度よくリジェクトすることができる。
【００８９】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９０】
１…気密検査装置、２…水晶振動子（圧電振動子）、３…加圧チャンバー（気密空所）、４…ボンベ、７…吸気開閉弁、８…排気開閉弁、９…開閉弁制御回路、１０…治具（発振回路）、１１…温度センサー、１３…定電流制御回路、１４…測定器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子の気密検査装置及び気密検査方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶などの圧電材料を使用した圧電振動子用のパッケージ（以下「パッケージ」という）は、圧電振動子の信頼性を確保する上で内部の気密性が十分に保たれていることが必要であり、圧電振動子の製造工程においてはパッケージの気密検査の工程が必要である。気密検査としては、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る。
【０００３】
グロスリーク判定の具体的方法としては、例えばパッケージを湯の中に沈めて内部を膨張させ、封止が十分でない場合に膨張した内部空気が封止不完全部分から気泡となって漏れ出るのを目視で確認する方法がある。
【０００４】
また、他の従来のグロスリーク判定方法としては、粘性が低く低表面張力、かつ無臭無色透明なフッ素系不活性液体であるフロリナートを用いた具体例がある。所定の容器に検査対象となるパッケージの気密封止が完了した水晶振動子（圧電振動子の具体例）を載置してフロリナートを充填すると、水晶振動子に大きな穴があるとフロリナートがパッケージの内部に侵入する。侵入したフロリナートは、水晶振動子の振動を停止させるよう作用するので、フロリナートに浸した水晶振動子を発振回路に接続して発振特性を確認することにより、水晶振動子のグロスリーク判定が可能となる。
【０００５】
そして、ファインリーク判定の方法としては例えばＨｅリーク検査法がある。Ｈｅリーク検査法は、グロスリーク検査の前に行われ、ヘリウムガスが充填された検査容器内でパッケージを加圧して微小穴からパッケージ内にヘリウムガスを圧入し、次いで検査容器内を減圧にしてパッケージからリークされるヘリウムガスを測定することで、微小穴の存在を確認するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−５１８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の水晶振動子の気密検査方法は次のような問題がある。
【０００８】
検査対象となる圧電振動素子をパッケージ内に収容して気密封止が完了した水晶振動子を湯の中に沈める気泡を利用したグロスリーク判定の方法は、気泡を目視により確認する判定方法であり、信頼性に乏しいといった問題がある。
【０００９】
また、フロリナートを用いたグロスリーク判定の方法は、フロリナートが環境に悪影響を与える溶液であり、今後廃止される方向であることから、フロリナートをグロスリーク判定に用いることは環境改善のために避けるべきである。
【００１０】
そして、Ｈｅガスを用いたファインリーク判定の方法は、検査対象となるパッケージの気密封止が完了した水晶振動子を加圧チャンバー内に載置した後、Ｈｅガスを吸気して所定の時間加圧させる必要があり、判定に時間がかかる。さらに、Ｈｅガスを吸気して所定の時間加圧した水晶振動子を加圧チャンバー内から取り出し、Ｈｅガスディテクターのチャンバー内に収容するまでに、水晶振動子のパッケージ内に進入したＨｅガスが少なからず放出されてしまう可能性があり、判定に誤差を生ずることが考えられる。そして、水晶振動子のパッケージのサイズが小さくなると、水晶振動子のパッケージ内に進入するＨｅガスが微小となるため、一段と進む水晶振動子の小型化に対応することが難しい。
【００１１】
上述したような従来の水晶振動子パッケージの気密検査方法の問題点を解決する手法として、特許文献１により開示された水晶振動子のインピ−ダンスを測定する気密検査方法がある。
【００１２】
ところが、近年パッケージのサイズが小型化し、特にファインリークに起因する水晶振動子を含む圧電振動子のインピ−ダンスを高精度に判定するのは困難になってきている。そして、パッケージの気密性に問題がないにもかかわらず、起動直後の発振周波数が安定しない圧電振動子や発振周波数のばらつきが大きい圧電振動子といった特性異常を有する圧電振動子がファインリーク検査異常品と誤判定されてしまう場合が少なからず発生している。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、起動後の発振周波数が安定しない又は発振周波数のばらつきが大きい（以下、「特性異常」と表す）圧電振動子をファインリーク判定の前に検出し、気密不良品を精度よくリジェクト（除外）することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）本発明は、
圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子の気密性を検査する圧電振動子の気密検査方法であって、前記圧電振動子に発振を開始させてから所定時間経過後に、複数の時刻における前記圧電振動子の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する加圧前測定値取得ステップと、前記圧電振動子を加圧した状態で、複数の時刻における前記圧電振動子の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する加圧後測定値取得ステップと、前記加圧前測定値取得ステップにおいて取得された少なくとも１つの前記周波数測定値及び前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された少なくとも１つの前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する第１の気密性判定ステップと、前記加圧前測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の特性異常の有無を判定する第１の特性異常判定ステップと、前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の特性異常の有無を判定する第２の特性異常判定ステップと、前記第１の特性異常判定ステップ及び前記第２の特性異常判定ステップにおいてともに特性異常が無いと判定された場合には、前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する第２の気密性判定ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、グロスリーク判定とファインリーク判定だけでなく、起動特性判定や周波数偏差判定も気密検査内で行うことにより、ファインリーク判定における誤判定を防止し、気密不良品を精度よくリジェクトできるとの効果を発揮する。
【００１６】
（２）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記第１の気密性判定ステップは、前記加圧前測定値取得ステップで取得された１の前記周波数測定値と前記加圧後測定値取得ステップで取得された１の前記周波数測定値の差分を所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定してもよい。
【００１７】
（３）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記第２の気密性判定ステップは、前記加圧後測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値を直線近似し、当該直線の傾きを所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定してもよい。
【００１８】
（４）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記第１の特性異常判定ステップは、前記加圧前測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値を直線近似し、当該直線の傾きを所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の特性異常の有無を判定してもよい。
【００１９】
（５）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記第２の特性異常判定ステップは、前記加圧後測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値のｎ階差分（ｎ≧１）の標準偏差の値を所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の特性異常の有無を判定してもよい。
【００２０】
（６）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記ｎは３以上であってもよい。
【００２１】
（７）この圧電振動子の気密検査方法は、
前記第１の特性異常判定ステップ又は前記第２の特性異常判定ステップで特性異常が有ると判定された場合に、さらにＨｅリーク検査によって前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定するステップを含んでもよい。
【００２２】
（８）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記加圧後測定値取得ステップは、前記圧電振動子を加圧中の所与の期間に、前記第２の気密性判定ステップで使用される前記周波数測定値と同時に、前記第２の特性異常判定ステップで使用される前記周波数測定値を取得してもよい。
【００２３】
（９）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記加圧後測定値取得ステップは、前記第２の気密性判定ステップで使用される前記周波数測定値を取得する前に、前記第２の特性異常判定ステップで使用される前記周波数測定値の取得を開始してもよい。
【００２４】
（１０）この圧電振動子の気密検査方法において、
前記圧電振動素子は水晶振動素子であって、前記加圧後測定値取得ステップにおいて、前記水晶振動素子に流れる電流が0.5〜1.0ｍＡの範囲になるように制御して前記水晶振動素子を発振させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る圧電振動子の気密検査方法に用いる装置の構成例の図である。
【図２】圧電振動子の位相特性を示した図である。
【図３】本発明の実施形態に係る加圧力の変化を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における良品・不良品の発振周波数の変動の例を示す図である。
【図５】本実施形態の圧電振動子の気密検査方法のフローチャートである。
【図６】本実施形態の圧電振動子の気密検査方法のフローチャートである。
【図７】本実施形態の圧電振動子の特性異常判定に用いるパラメーターの測定例を示す図である。
【図８】本実施形態の圧電振動子の特性異常判定に用いるパラメーターの測定例を示す図である。
【図９】本実施形態の圧電振動子の気密検査方法のフローチャートである。
【図１０】本実施形態の圧電振動子の気密検査方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（１．気密検査装置）
図１は本実施形態に係る圧電振動子の気密検査方法に用いる装置の構成例の図である。
【００２７】
気密検査装置１は圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子２を検査対象とする気密検査装置である。圧電振動素子は、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）、
タンタル酸リチウム（LiTaO3）、四ほう酸リチウム（Li2B4O7：LBO）等の単結晶材料や、酸化亜鉛（ZnO）、窒化アルミニウム（AlN）、ダイヤモンド薄膜等の圧電性薄膜、圧電性セラミックス材料などを用いて製造することができる。本願発明に係る気密検査方法は広く圧電振動子一般を対象とする。しかし、圧電振動子の特性は様々であるため、説明の都合上、以下の実施形態に係る圧電振動子２としてはＡＴカットの水晶振動素子をパッケージ内に収容した水晶振動子を想定する。
【００２８】
気密検査装置１は圧電振動子２を内部に収容する気密空所である加圧チャンバー３を有する。加圧チャンバー３内部の気圧は加圧ガスにより適宜加圧される。この加圧ガスはボンベ４に充填されており、加圧ガスとして例えばＨｅガスが用いられる。ボンベ４と加圧チャンバー３とは配管もしくは他の手段により接続されており、加圧チャンバー３内の吸気開閉弁７を開け加圧ガスを吸気する。また、加圧チャンバー３から加圧ガスを排気するには、加圧チャンバー３内の排気開閉弁８を開けることで行う。ここで、気密検査装置１は、吸気開閉弁７と排気開閉弁８の開閉動作を制御する開閉弁制御回路９を有していてもよい。
【００２９】
加圧チャンバー３内には、検査対象の圧電振動子２を発振させるための発振回路を有する治具１０が含まれる。治具１０には、例えば圧電振動子２を固定し保持する保持治具やその他検査に必要な回路基板等が含まれていてもよい。気密検査装置１は治具１０の発振回路により圧電振動子２が発振したときに発振周波数を測定する測定器１４を備える。また、気密検査装置１は加圧チャンバー３内の温度を検出する温度センサー１１や治具１０を介して圧電振動素子を流れる電流が一定となるように制御する定電流制御回路１３を含んでもよい。
【００３０】
このような構成の気密検査装置１を用いた本実施形態の気密検査方法は、例えば次の手順による。まず、検査対象となる圧電振動子２を、加圧チャンバー３内の発振回路を備えた治具１０にセットして発振周波数を測定器１４により測定する。次に、吸気開閉弁７を開けてボンベ４の加圧ガスを吸気して、加圧チャンバー３内部を加圧し、一定の気圧となったら加圧後の圧電振動子２の発振周波数も測定器１４により測定する。そして、これらの加圧前および加圧後の測定値に基づいて、後述する気密性判定（リーク判定）や特性異常判定を行う。このとき、気密検査の進行に応じて適宜排気開閉弁８によって加圧チャンバー３内部の気圧が調整（減圧）されてもよい。また、発振周波数の測定において、温度センサー１１の情報に基づき治具１０などによって圧電振動子２の発振周波数に温度補償が加えられていてもよいし、定電流制御回路１３を用いて圧電振動子２を流れる電流が一定となるように制御されてもよい。
【００３１】
この気密検査において、例えばパッケージ封止に不備があると、圧電振動子２の内部にある圧電振動素子も加圧チェンバー３内の加圧に伴い加圧されて、その電気的特性が変化する。そこで、この性質を利用し、加圧チャンバー３内で治具１０を使って圧電振動子２を発振させて測定器１４により発振周波数を測定し、例えば加圧前後の発振周波数の変化などから気密性の判別を行ったりしている。
【００３２】
図２は圧電振動子の位相特性を示した図である。
【００３３】
図２は圧電振動子２の気密性が保たれていないときの位相特性の例であるが、加圧した際に、位相が６０ｄｅｇから８０ｄｅｇ近辺において周波数が大きく変化している。そこで、本実施形態の気密検査方法はこの性質を利用して、周波数測定により検出の精度を高めることができる。例えば、圧電素子の有するインピーダンス値を測定する方法（特許文献１参照）では、圧電振動子２の気密性が保たれていないときでも加圧前後の圧電素子のインピーダンス値の変化は少ない。そこで、位相が６０ｄｅｇから８０ｄｅｇ近辺における周波数測定の測定値の変化に基づいて判断すれば検出の精度ないし検査の信頼性は高まると考えられる。本実施形態の気密検査方法では、装置の構成として、例えば圧電振動子２の位相が６０ｄｅｇから８０ｄｅｇとなるコルピッツ型等の発振回路を治具１０に設けておくことで前記位相範囲での周波数測定が可能であり、気密検査の検出精度が向上させることができる。
【００３４】
本発明に係る圧電振動子の気密検査方法を実現する装置の形態は気密検査装置１には限らないが、以下の実施形態では気密検査装置１を用いるものとして説明し、以下の記載における気密検査装置の構成要素に付された番号は図１で用いた番号である。また、治具１０は前記位相範囲（６０ｄｅｇから８０ｄｅｇ）での周波数測定が可能な発振回路を備えているものとして説明する。
【００３５】
（２．周波数測定の実施形態）
図３は本実施形態における加圧チャンバー３内部の加圧力の変化を示す図である。
【００３６】
図３において、加圧力が０の場合加圧チャンバー３内部は加圧ガスにより加圧されていないことを意味する。すなわち、気圧の調整をしていない通常の環境下での検査であれば加圧チャンバー３内部は大気圧のままであることを意味する。加圧力が１［ＭＰａ（メガパスカル）］であるとは、吸気開閉弁７を開け加圧ガスを吸気した結果、加圧チャンバー３内部の気圧が加圧ガスの吸気前に比べて１［ＭＰａ］加圧されたことを意味する。なお、１［ＭＰａ］は例示であり、加圧力の値は気密検査の実施の形態によって適切に選択される。
【００３７】
図３において、時刻ｔ１は検査対象である圧電振動子２が発振を開始した「発振開始時刻」を示す。
【００３８】
時刻ｔ２は、時刻ｔ１から時間Ｔ１経過後であり、発振開始時に比べ圧電振動子２の発振が安定する「発振安定時刻」を示す。ここで、Ｔ１は検査対象である圧電振動子２の性能（圧電振動子２の発振が安定するのに必要な時間）に依存する。本実施形態ではＴ１を１秒とする。
【００３９】
時刻ｔ３は、時刻ｔ２から時間Ｔ２経過後であり、加圧チャンバー３の加圧を開始する「加圧開始時刻」を示す。ここで、Ｔ２は後述する加圧前測定値取得ステップにおいて取得される周波数測定値（以下「加圧前測定値」ともいう）をサンプリングするのに要する時間に依存する。すなわち、Ｔ２は必要な加圧前測定値を得るのに十分な時間である。本実施形態ではＴ２を１秒とする。
【００４０】
時刻ｔ４は、時刻ｔ３から時間Ｔ３経過後であり、加圧チャンバー３内部が所定の気圧に達した「所定気圧到達時刻」を示す。ここで、Ｔ３は加圧チャンバー３の容積や加圧ガスの吸気性能など気密検査装置１の構成に依存する。本実施形態ではＴ３を１秒とする。
【００４１】
時刻ｔ５は、時刻ｔ４から時間Ｔ４経過後であり、加圧チャンバー３内部の加圧による温度上昇の影響がなくなる「温度安定時刻」を示す。温度の安定とは、例えば加圧チャンバー３内部の温度が加圧前の温度に戻ることをいう。ここで、Ｔ４も気密検査装置１の構成に依存する。本実施形態ではＴ４を１１秒とする。
【００４２】
時刻ｔ６は、時刻ｔ５から時間Ｔ５経過後であり、周波数測定が完了する「測定完了時刻」を示す。ここで、Ｔ５は後述する加圧後測定値取得ステップにおいて取得される周波数測定値（以下「加圧後測定値」ともいう）をサンプリングするのに要する時間に依存する。本実施形態ではＴ５を６秒とする。
【００４３】
本実施形態における加圧の状況を図３を用いて説明する。検査対象となる圧電振動子２を、加圧チャンバー３内の発振回路を備えた治具１０にセットし、発振開始時刻ｔ１から圧電振動子２は発振を開始する。その２秒後（Ｔ１＋Ｔ２）の加圧開始時刻ｔ３で吸気開閉弁７を開け加圧チャンバー３内への加圧ガスの吸気が開始される。その１秒後（Ｔ３）の所定気圧到達時刻ｔ４には加圧チャンバー３内部の圧力が加圧前に比べて１［ＭＰａ］上昇し所定の気圧に到達する。そして、加圧チャンバー３内部は前記所定の気圧を保ったまま１７秒後（Ｔ４＋Ｔ５）周波数測定が完了する。
【００４４】
図４は本実施形態における良品・不良品の発振周波数の変動の例を示す図である。時刻に付された番号は図３と同じであり説明は省略する。
【００４５】
図４の縦軸ΔＦは周波数測定値を所定の周波数からの変動量で示したものである。単位はｐｐｍ（parts per million）であり、その圧電振動子の周波数（以下、「公称周波数」という）に対する測定値の差を、公称周波数に対する割合で示している。例えば１０ＭＨｚの圧電振動子を用いた場合、測定値が１０，０００，１００Ｈｚであった場合、ΔＦは１００Ｈｚであり、ｐｐｍに換算すると１０ｐｐｍと表される。
【００４６】
図４には良品判定となる場合（Ａ）、ファインリーク判定で不良と判定される場合（Ｂ）、グロスリーク判定で不良と判定される場合（Ｃ）が示されている。後述するように、良品判定となるのはグロスリーク判定およびファインリーク判定で共に良品判定されたものに限られる。
【００４７】
まず、グロスリーク判定で不良と判定されるものは、図４の（Ｃ）のように１の加圧後測定値（例えば時刻ｔ５での測定値）と１の加圧前測定値（例えば時刻ｔ２での測定値）の差が大きい。例えば図４ではその差は１０ｐｐｍである。
【００４８】
次に、ファインリーク判定で不良と判定されるものは、図４の（Ｂ）のように加圧前後での周波数の差はグロスリーク判定での不良品ほど大きくはない。しかし、加圧後測定値において時間が経つにつれ公称周波数との差が大きくなる傾向がある（時刻ｔ５〜ｔ６）。一方で図４の（Ａ）のように良品は加圧後測定値が時間経過に伴い変化するという傾向は見られない。すなわち、ファインリーク判定は加圧後測定値を直線近似し、その時間経過に対する傾きにより判定することが可能である。
【００４９】
しかし、その傾きは非常に小さく、ファインリークが発生していないにもかかわらず、例えば発振周波数の変動量が大きく、発振周波数のばらつきが大きい圧電振動子をファインリーク検査異常品として誤判定してしまう場合がある。そこで、本実施形態では後述する第1および第２の特性異常判定を導入し、起動直後の発振周波数の変動量が大きい圧電振動子や発振周波数のばらつきが大きい圧電振動子といった特性異常を有する圧電振動子をファインリーク判定の前に検出し、気密不良品を精度よくリジェクトする。なお、ここでは、発振周波数の変動量とは起動直後からの発振周波数の変化のことを言い、発振周波数のばらつきとは、発振回路が起動して発振が安定したときの、発振周波数の変化のことを言う。
【００５０】
（３．気密検査方法の実施形態）
図５は本実施形態における圧電振動子２の気密検査方法のフローチャートを示す。図５において、Ｓ１からＳ５では本実施形態での操作内容に先に説明した時刻ｔ１〜ｔ６を付して図３、図４と対応づけている。
【００５１】
Ｓ１は発振開始時刻ｔ１において、検査対象である圧電振動子２の発振を開始することを示す。
【００５２】
Ｓ２は圧電振動子２の発振が安定する所定の時刻（発振安定時刻ｔ２）まで待つことを示す。
【００５３】
Ｓ３は発振安定時刻ｔ２から加圧開始時刻ｔ３まで加圧前測定値を取得、すなわち圧電振動子２の発振周波数を測定することを示す。このとき、複数の時刻において圧電振動子２の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する。ここで、Ｓ３を加圧前測定値取得ステップとも呼ぶ。
【００５４】
Ｓ４は加圧開始時刻ｔ３から加圧チャンバー３内部を加圧し始めることを示す。加圧チャンバー３内部が所定の気圧に達すると（所定気圧到達時刻ｔ４）、その後は測定完了時刻ｔ６まで加圧チャンバー３内部は所定の気圧に保たれる。
【００５５】
図５のＳ５は、所定気圧到達時刻ｔ４からではなく、加圧チャンバー３内部の温度が安定した温度安定時刻ｔ５から測定完了時刻ｔ６まで加圧後測定値を取得、すなわち加圧後の圧電振動子２の発振周波数を測定することを示す。
【００５６】
ここで、Ｓ５は圧電振動子２を加圧した状態で、複数の時刻における圧電振動子２の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する。ここで、Ｓ５を加圧後測定値取得ステップとも呼ぶ。
【００５７】
Ｓ６はＳ３、Ｓ５で取得された圧電振動子２の発振周波数の測定値をもとに気密性判定および特性異常判定を行うステップである（電気式リーク検査）。詳細は図６を用いて説明する。
【００５８】
図６（Ａ）は本実施形態における電気式リーク検査のフローである。すなわち、圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子２の気密性を検査する気密検査方法における、データ（圧電振動子２の発振周波数）測定後の良品判定又は不良品判定を行うフローである。
【００５９】
本実施形態では、第１の気密性判定ステップＳ６１と第２の気密性判定ステップＳ６４だけでなく、第１の特性異常判定ステップＳ６２と第２の特性異常判定ステップＳ６３を実施することにより特性異常の圧電振動子２を検出し、気密不良品を精度よくリジェクトすることができる。
【００６０】
図６（Ａ）のＳ６１は、グロスリーク判定である（図４の（Ｃ）参照）。グロスリーク不良品は加圧後の測定値と加圧前の測定値の差が大きい。そこで、加圧後測定値取得ステップにおいて取得される周波数測定値（以下「加圧後測定値」ともいう）の１の測定値（時刻ｔ５での測定値）と、加圧前測定値取得ステップにおいて取得される周波数測定値（以下「加圧前測定値」ともいう）の１の測定値（時刻ｔ２での測定値）の差を計算し、その差分が例えば１ｐｐｍ未満であれば圧電振動子２はグロスリーク判定基準を満たすとしてステップＳ６２に進む。前記条件を満たさなければ、グロスリーク不良判定Ｓ６６となる。
【００６１】
なお、図６（Ａ）のＳ６１は、加圧前測定値取得ステップ（図５のＳ３）において取得された少なくとも１つの周波数測定値及び加圧後測定値取得ステップ（図５のＳ５）において取得された少なくとも１つの周波数測定値に基づいて、圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する「第１の気密性判定ステップ」に対応する。
【００６２】
本実施形態では、加圧後測定値から１の測定値を選択しているが複数でもよい。複数の測定値を選択した場合には平均値などの代表値を求めて判定に用いてもよい。加圧前測定値についても同様である。また、時刻ｔ５での測定値は別の加圧後測定値でもよく、時刻ｔ２での測定値は別の加圧前測定値でもよい。また、１ｐｐｍは例であり、検査対象である圧電振動子２の特性などから別の数値を用いてもよい。
【００６３】
図６（Ａ）のＳ６２は、圧電振動子２の起動直後の特性異常を検出するための起動特性判定である。前述の特性異常に分類される圧電振動子として、起動直後の発振周波数が安定しない圧電振動子がある。これは発振周波数が安定するまでに時間がかかる特性を有するがパッケージのリークによる不良ではない。したがって、この特性異常の圧電振動子がリーク不良判定とされてしまうことは、気密検査としての信頼性を低下させる。また、発振周波数が安定するまでに時間はかかるが、その圧電振動子のスペック、用途からは不良品とまではいえない場合もある。この場合にリーク不良とすることは誤判定であり、その結果、歩留まりが低下してしまう。ステップＳ６２はこのような特性異常不良品を検出する。
【００６４】
なお、図６（Ａ）のＳ６２は、加圧前測定値取得ステップにおいて取得された複数の周波数測定値に基づいて、圧電振動子の特性異常の有無を判定する「第１の特性異常判定ステップ」に対応する。
【００６５】
起動特性判定では、複数の加圧前測定値の時間的な変化を直線近似し、その傾きの絶対値が例えば５ｐｐｂ（parts per billion）／ｓ未満であれば圧電振動子２は特性異常（起動特性異常）ではないと判定し、ステップＳ６３に進む。前記条件を満たさなければ、圧電振動子２は特性異常（起動特性異常）であるとして、Ｈｅ（ヘリウム）リーク検査Ｓ６７に進む。このときＨｅリーク検査Ｓ６７に進まずに、起動特性異常として不良品と判定されてもよい。Ｈｅリーク検査Ｓ６７の実施は、特性異常により第２の気密性判定ステップでの信頼できる結果を期待できない場合に、第２の気密性判定ステップの方法とは別のリーク検査を行うことで気密検査としての信頼性を高め、加えてその実施結果に問題がない特性異常品を良品とすることで歩留まりを高めることにある。なお、前記直線近似においては最小二乗法を用いてもよい。
【００６６】
Ｈｅリーク検査Ｓ６７は例えば図６（Ｂ）のフローチャートのように実施される。Ｈｅリーク検査Ｓ６７は、特性異常の圧電振動子２をＨｅ雰囲気内で加圧し（Ｓ６７１）、その後、真空室内などに圧電振動子２を放置し（Ｓ６７２）、そのＨｅリーク量を測る（Ｓ６７３）。そのリーク量が例えば１×１０−９［Ｐａｍ３／ｓ］未満であれば、Ｈｅリーク検査としての良品判定（Ｓ６７４）を行い、１×１０−９［Ｐａｍ３／ｓ］以上であれば、Ｈｅリーク検査としての不良判定（Ｓ６７４）を行う。
【００６７】
ここで、Ｈｅリーク検査Ｓ６７は加圧ステップ（Ｓ６７１）で約２時間放置する必要があり（ＭＩＬ規格）、検査対象の圧電振動子２の全てに対してＨｅリーク検査Ｓ６７を行うと気密検査に時間がかかる。更に、加圧（Ｓ６７１）の後に放置（Ｓ６７２）するチャンバー移動する過程でＨｅガスが少なからず放出されてしまうことがある。この移動時間は検査対象数が多ければ長くなる。例えばパッケージのサイズが小さい圧電振動子２を検査する場合は、移動中のＨｅガスの放出の影響を考慮すると、一度に多数の圧電振動子２を検査することは困難である。
【００６８】
本実施形態では、特性異常のない圧電振動子２については周波数測定値を用いる第２の気密性判定を行うので、Ｈｅリーク検査Ｓ６７による検査の長時間化などの影響が直接及ぶことはない。すなわち、特性異常を示した圧電振動子２だけに対し、主要な検査ステップ（Ｓ６１〜Ｓ６４）から切り離してＨｅリーク検査Ｓ６７を行うので、前記の検査時間の長時間化の影響は及ばない。また、Ｈｅリーク検査Ｓ６７の対象である特性異常を示す圧電振動子２は検査対象の一部であるので、前記移動時間中のＨｅガス放出の問題も生じない。
【００６９】
なお、ステップＳ６７としてＨｅリーク検査以外のファインリーク判定を行ってもよい。
【００７０】
図６（Ａ）のＳ６３は、圧電振動子２の発振周波数のばらつきの異常を検出するための周波数偏差判定である。前述の特性異常に分類される圧電振動子として、発振周波数のばらつきが大きい圧電振動子がある。これは、発振周波数の測定値間で差が大きいため時間的な発振周波数の変化があるように見えるが、実際にはパッケージの気密性には問題はないという特性異常である。したがって、この特性異常の圧電振動子がリーク不良判定とされてしまうことは、気密検査としての信頼性を低下させる。また、発振周波数にばらつきは大きいが、その圧電振動子のスペック、用途からは不良品とまではいえない場合もある。この場合にリーク不良とすることは誤判定であり、その結果、歩留まりが低下してしまう。ステップＳ６３はこのような周波数偏差不良品を検出する。
【００７１】
なお、図６（Ａ）のＳ６３は、加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の周波数測定値に基づいて、圧電振動子の特性異常の有無を判定する「第２の特性異常判定ステップ」に対応する。
【００７２】
本実施形態の周波数偏差判定では、周波数のばらつきを判断するために複数の加圧後測定値の３階差分を計算して、その標準偏差が例えば５ｐｐｂ（parts per billion）未満であれば圧電振動子２は特性異常（周波数偏差異常）ではないと判定しステップＳ６４に進む。前記条件を満たさなければ、圧電振動子２は特性異常（周波数偏差異常）であるとして、Ｈｅ（ヘリウム）リーク検査Ｓ６７に進む。このときＨｅリーク検査Ｓ６７に進まずに、周波数偏差異常として不良品と判定されてもよい。Ｈｅリーク検査Ｓ６７については、起動特性判定の場合と同じである。なお、Ｓ６３とＳ６２はともに特性異常の判定であるので判定の順序は入れ替わってもよい。すなわち、周波数偏差判定が起動特性判定より前に行われてもよい。
【００７３】
ここで、３階差分の具体的な計算は次の通りである。周波数測定値ΔＦ（公称周波数との差をｐｐｍ単位で表記した周波数測定値）を時系列に並べたものを｛ΔF1, ΔF2, ΔF3, ΔFm｝と表すと、その１階差分は｛ΔF2-ΔF1, ΔF3-ΔF2, ΔFm-ΔFm-1｝である。つまり、１階差分値はΔF’i=ΔFi+1-ΔFi（i=1,2, m-1）で表される。そして、２階差分値ΔF’’はこの１階差分値を使って計算される。つまり、ΔF’’i=ΔF’i+1-ΔF’i=ΔFi+2-2ΔFi+1+ΔFi(i=1,2, m-2)である。そして、同様に３階差分値はΔF’’’i=ΔF’’i+1-ΔF’’i=ΔFi+3-3ΔFi+2+3ΔFi+1-ΔFi(i=1,2, m-3)である。
【００７４】
本実施形態では圧電振動子２として、ＡＴカットの水晶振動素子を用いた水晶振動子を想定する。この水晶振動素子の周波数温度特性は３次曲線を示すので、周波数偏差判定Ｓ６３において３階差分を用いることで、温度変化の影響を取り除くことができ精度のよい判定を行うことができる。なお、３以上の階の差分をとってもよい。
【００７５】
図７は、３つの圧電振動子（全て良品）についての周波数測定値の差分値計算の例を示す。図７（Ａ）の点線で囲まれた部分は、加圧後の周波数測定値ΔＦを示す。これには所定気圧到達時刻ｔ４から温度安定時刻ｔ５の期間に測定された周波数測定値が含まれる。図７（Ａ）の通り、温度変化の影響のため、点線で囲まれた部分の周波数測定値ΔＦは傾きをもっている。ここで、周波数温度特性は３次曲線を示すことから、３階差分を計算すると図７（Ｂ）のように周波数ばらつきのみが残る。そして３階差分の標準偏差をとると図７（Ｃ）のように、良品においてはその偏差の値は小さい。
【００７６】
この結果から周波数測定値の３階差分を用いることで、周波数偏差判定は温度変化の影響を取り除いた精度のよい判定を行うことができる。
【００７７】
ここで、図８は周波数測定値の３階差分の標準偏差Ｆ’’’stdevと水晶電流（水晶振動素子に流れる電流）との関係を示す。図８からは、水晶電流が０．５〜１．０ｍＡの範囲にあるときに、標準偏差Ｆ’’’stdevが特に小さいことがわかる。したがって、周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）において周波数測定値の３階差分を用いる本実施形態では、水晶振動素子に流れる電流値を０．５〜１．０ｍＡの範囲である一定値となるように制御することで、さらに判定の精度を高めることができる。具体的な制御方法としては、図１の定電流制御回路１３によって圧電振動素子を流れる電流を０．５〜１．０ｍＡの範囲に制御すればよい。
【００７８】
図６（Ａ）のＳ６４は、ファインリーク判定である（図４の（Ｂ）参照）。ファインリーク不良品は加圧後測定値において時間が経つにつれ公称周波数との差が大きくなる傾向がある。そこで、複数の加圧後測定値の時間的な変化を直線近似し、その傾きが例えば１ｐｐｂ／ｓ未満であれば圧電振動子２はファインリーク判定基準も満たすので良品判定Ｓ６５となる。前記条件を満たさなければ、ファインリーク不良判定Ｓ６８となる。なお、前記直線近似においては最小二乗法を用いてもよい。
【００７９】
なお、図６（Ａ）のＳ６４は、第１の特性異常判定ステップ（Ｓ６２）及び第２の特性異常判定ステップ（Ｓ６３）においてともに特性異常が無いと判定された場合に、加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の周波数測定値に基づいて、圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する「第２の気密性判定ステップ」に対応する。
【００８０】
以上のように、本実施形態のファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）においては、誤判定を生じさせうる特性異常の圧電振動子は既に前のステップ（Ｓ６２、Ｓ６３）で検出されているので、気密不良品だけを精度よくリジェクトすることができる。
【００８１】
（４．変形例について）
前記の実施形態では、図６（Ａ）の周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）とファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）は共に複数の加圧後測定値を用いている。このとき、両ステップ（Ｓ６３とＳ６４）で用いる複数の加圧後測定値が全て同じであれば、加圧後測定値取得ステップ（Ｓ５）での発振周波数の測定回数を減らすことができるため望ましい。前述の通り、ファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）では温度変化に伴う変動が判定に影響することを避けるために、温度安定時刻ｔ５以後の発振周波数の測定値を用いる必要がある。よって、この場合、温度安定時刻ｔ５から測定完了時刻ｔ６の期間で周波数測定値を取得すればよい（図５のＳ５）。
【００８２】
このように、周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）とファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）で使用する加圧後測定値の一部又は全部が共通する場合、圧電振動子２を加圧中の一定の期間（例えば温度安定時刻ｔ５から測定完了時刻ｔ６の期間）において、効率良く加圧後測定値を取得することが可能である。
【００８３】
しかし、この場合、周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）を開始できるのは加圧後測定値の取得が完了する測定完了時刻ｔ６の経過後になる。もし、所定気圧到達時刻ｔ４から温度安定時刻ｔ５までに取得された周波数測定値の一部または全部を用いて周波数偏差判定を行うことができれば、周波数偏差判定に必要な加圧後測定値が測定完了時刻ｔ６より前に揃うので周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）を早期に開始でき、電気式リーク検査のフロー全体にかかる時間を短縮できる。
【００８４】
また、周波数偏差判定ステップ（Ｓ６３）で必要な加圧後測定値のデータ数が、ファインリーク判定ステップ（Ｓ６４）で必要な加圧後測定値のデータ数より多い場合にも、所定気圧到達時刻ｔ４から温度安定時刻ｔ５までに取得された周波数測定値の一部または全部を用いて周波数偏差判定を行うことができれば、測定完了時刻ｔ６を早めることができ、気密検査全体にかかる時間を短縮できる。
【００８５】
そこで、先の実施形態の変形例として図５に代えて図９のフローチャートを用いる。図９は図５の変形例であり、Ｓ５に代えてＳ１５を行っているが、Ｓ１〜Ｓ４のステップは同じである。このとき対応する電気式リーク検査のフローチャートは図６（Ａ）に代えて図１０となる。なお、Ｈｅリーク検査については図６（Ｂ）と同じである。なお、図９又は図１０では、図５又は図６と同じ要素には同じ番号を付してあり説明を省略する。
【００８６】
図１０のＳ１５は、所定気圧到達時刻ｔ４から測定完了時刻ｔ６まで加圧後測定値を取得することを示す。このとき、所定気圧到達時刻ｔ４から温度安定時刻ｔ５までに測定された圧電振動子２の発振周波数は加圧チャンバー３内部の加圧に伴う温度変化の影響を受けている。したがって、この期間の測定値は、発振周波数の時系列における小さな変化でも影響を受けるファインリーク判定に用いることはできないが、前述の通り周波数測定値の３階差分を用いることで温度変化の影響を取り除くことができる周波数偏差判定には用いることができる。
【００８７】
本変形例における図１０の周波数偏差判定ステップＳ１６３は、所定気圧到達時刻ｔ４から温度安定時刻ｔ５までに取得された加圧後測定値を用いて周波数偏差判定を行う場合を示す。このとき、周波数偏差判定に必要な加圧後測定値が測定完了時刻ｔ６より前のｔ５に揃うので周波数偏差判定ステップを早期に開始でき、電気式リーク検査のフロー全体にかかる時間を短縮できる。
【００８８】
なお、本発明は本実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。また、圧電振動子の例として水晶振動子を用いたが、本発明は他の圧電振動子についても適応可能であり、特性異常の圧電振動子をファインリーク判定の前に検出し、気密不良品を精度よくリジェクトすることができる。
【００８９】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９０】
１…気密検査装置、２…水晶振動子（圧電振動子）、３…加圧チャンバー（気密空所）、４…ボンベ、７…吸気開閉弁、８…排気開閉弁、９…開閉弁制御回路、１０…治具（発振回路）、１１…温度センサー、１３…定電流制御回路、１４…測定器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子の気密性を検査する圧電振動子の気密検査方法であって、
前記圧電振動子に発振を開始させてから所定時間経過後に、複数の時刻における前記圧電振動子の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する加圧前測定値取得ステップと、
前記圧電振動子を加圧した状態で、複数の時刻における前記圧電振動子の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する加圧後測定値取得ステップと、
前記加圧前測定値取得ステップにおいて取得された少なくとも１つの前記周波数測定値及び前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された少なくとも１つの前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する第１の気密性判定ステップと、
前記加圧前測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の特性異常の有無を判定する第１の特性異常判定ステップと、
前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の特性異常の有無を判定する第２の特性異常判定ステップと、
前記第１の特性異常判定ステップ及び前記第２の特性異常判定ステップにおいてともに特性異常が無いと判定された場合には、前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する第２の気密性判定ステップと、を含むことを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記第１の気密性判定ステップにおいて、
前記加圧前測定値取得ステップで取得された１の前記周波数測定値と前記加圧後測定値取得ステップで取得された１の前記周波数測定値の差分を所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記第２の気密性判定ステップにおいて、
前記加圧後測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値を直線近似し、当該直線の傾きを所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記第１の特性異常判定ステップにおいて、
前記加圧前測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値を直線近似し、当該直線の傾きを所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の特性異常の有無を判定することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記第２の特性異常判定ステップにおいて、
前記加圧後測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値のｎ階差分（ｎ≧１）の標準偏差の値を所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の特性異常の有無を判定することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電振動子の気密検査方法において、
ｎは３以上であることを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記第１の特性異常判定ステップ又は前記第２の特性異常判定ステップで特性異常が有ると判定された場合に、さらにＨｅリーク検査によって前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定するステップを含むことを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記加圧後測定値取得ステップにおいて、
前記圧電振動子を加圧中の所与の期間に、前記第２の気密性判定ステップで使用される前記周波数測定値と同時に、前記第２の特性異常判定ステップで使用される前記周波数測定値を取得することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記加圧後測定値取得ステップにおいて、
前記第２の気密性判定ステップで使用される前記周波数測定値を取得する前に、前記第２の特性異常判定ステップで使用される前記周波数測定値の取得を開始することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記圧電振動素子は水晶振動素子であって、
前記加圧後測定値取得ステップにおいて、
前記水晶振動素子に流れる電流が０．５〜１．０ｍＡの範囲になるように制御して前記水晶振動素子を発振させることを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項１】
圧電振動素子をパッケージ内に収容した圧電振動子の気密性を検査する圧電振動子の気密検査方法であって、
前記圧電振動子に発振を開始させてから所定時間経過後に、複数の時刻における前記圧電振動子の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する加圧前測定値取得ステップと、
前記圧電振動子を加圧した状態で、複数の時刻における前記圧電振動子の発振周波数を測定し、複数の周波数測定値を取得する加圧後測定値取得ステップと、
前記加圧前測定値取得ステップにおいて取得された少なくとも１つの前記周波数測定値及び前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された少なくとも１つの前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する第１の気密性判定ステップと、
前記加圧前測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の特性異常の有無を判定する第１の特性異常判定ステップと、
前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の特性異常の有無を判定する第２の特性異常判定ステップと、
前記第１の特性異常判定ステップ及び前記第２の特性異常判定ステップにおいてともに特性異常が無いと判定された場合には、前記加圧後測定値取得ステップにおいて取得された複数の前記周波数測定値に基づいて、前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定する第２の気密性判定ステップと、を含むことを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記第１の気密性判定ステップにおいて、
前記加圧前測定値取得ステップで取得された１の前記周波数測定値と前記加圧後測定値取得ステップで取得された１の前記周波数測定値の差分を所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記第２の気密性判定ステップにおいて、
前記加圧後測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値を直線近似し、当該直線の傾きを所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記第１の特性異常判定ステップにおいて、
前記加圧前測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値を直線近似し、当該直線の傾きを所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の特性異常の有無を判定することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記第２の特性異常判定ステップにおいて、
前記加圧後測定値取得ステップで取得された複数の前記周波数測定値のｎ階差分（ｎ≧１）の標準偏差の値を所定の値と比較し、比較結果に基づいて前記圧電振動子の特性異常の有無を判定することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電振動子の気密検査方法において、
ｎは３以上であることを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記第１の特性異常判定ステップ又は前記第２の特性異常判定ステップで特性異常が有ると判定された場合に、さらにＨｅリーク検査によって前記圧電振動子の気密性が保たれているか否かを判定するステップを含むことを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記加圧後測定値取得ステップにおいて、
前記圧電振動子を加圧中の所与の期間に、前記第２の気密性判定ステップで使用される前記周波数測定値と同時に、前記第２の特性異常判定ステップで使用される前記周波数測定値を取得することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記加圧後測定値取得ステップにおいて、
前記第２の気密性判定ステップで使用される前記周波数測定値を取得する前に、前記第２の特性異常判定ステップで使用される前記周波数測定値の取得を開始することを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の圧電振動子の気密検査方法において、
前記圧電振動素子は水晶振動素子であって、
前記加圧後測定値取得ステップにおいて、
前記水晶振動素子に流れる電流が０．５〜１．０ｍＡの範囲になるように制御して前記水晶振動素子を発振させることを特徴とする圧電振動子の気密検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２２３６４３（Ｐ２０１０−２２３６４３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６９３２８（Ｐ２００９−６９３２８）
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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