JPS6334643B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 無線装置内で使用されるモノリシツクフイルタ
をはじめとする高精度の周波数特性及び制御の分
野に圧電気共振子（Piezoelectric resonator）が
利用されている。モノリシツク・クリスタル・フ
イルタは、平担な水晶ウエーハの両面に薄膜電極
を堆積して構成される。このような共振子の周波
数特性は、水晶の厚みと電極の厚みに依存する。
現状の低廉な製造方法を使用したのでは、通常要
求される精度を発揮できない。外部装置の使用に
よつて結晶フイルタの特性を向上させることも提
案されてはいるが、これに伴い製造費用と寸法が
増加するという欠点がある。

VHF帯用のクリスタル共振子においては、通
常アルミニウム電極が使用されている。アルミ電
極上に酸化物層を陽極酸化することによつて、ア
ルミ電極の質量を制御できることが知られてい
る。しかし、陽極酸化の具体的な方法は不明な点
が多い。液相の陽極酸化浴が使用されるが、これ
には共振子のテストに先立つてこれをすすいで乾
燥させる必要があり、所望の周波数特性を得るま
でにこれを何度も繰返さなければならない欠点が
ある。グロー放電により生成される酸素プラズマ
を使用しても陽極酸化を達成できることは知られ
ているが、この反応を局所化することができなか
つたので、高エネルギーのプラズマを使用しなけ
ればならなかつた。このため結晶が相当加熱さ
れ、測定誤差の原因となるばかりでなく、結晶及
び電極の劣化要因ともなつていた。

本発明の一つの目的は、モノリシツク結晶フイ
ルタの個々の電極を選択的に陽極処理し、それに
よりフイルタの全体の周波数特性を調整する簡単
で効果的な方法を提供することである。この場
合、周波数特性（応答）は、陽極処理中監視（モ
ニタ）され、電位は、電極に選択的に印加されて
得られる測定値に応答して、その陽極処理を個々
に制御するようになつている。

本発明の更に他の目的は、プラズマを局所部分
に導いて乾燥雰囲気において圧電共振子を実質上
加熱することなく、従つてこれを汚損ないし破壊
することなくその電極を陽極酸化できるような低
エネルギー酸素グロー放電装置を利用する方法及
び装置を提供することにある。

本発明によれば、モノリシツク・クリスタルフ
イルタの電極を選択的に陽極酸化することにより
その質量ないし実効厚みを増し、その周波数特性
の調整が行われる。低エネルギーの酸素グロー放
電装置によつて電極近傍の局部にプラズマが供給
され、電極には選択的に電圧が接続されて陽極酸
化反応が制御される。陽極酸化反応中にフイルタ
の周波数特性がモニタされ、モニタ結果に基いて
個々の電極の陽極酸化の限界が決定される。装置
からスパツタされた物質によつて共振子が汚損さ
れないように、アルミニウム電極用としてアルミ
ニウム製のグロー放電装置が使用される。このグ
ロー放電装置は、カソードリングに対向するカソ
ードスクリーンを保持する陽極酸化されたリング
絶縁体によつて隔離される小さなアノードリング
とカソードリングを備えている。この装置はアル
ミニウムによつて容易にかつ安価に製造できる。
このアノードは共振デバイスに近接してくぼみを
有する円環状の端面を備えており、電極にプラズ
マを導くことによつて低エネルギーのグロー放電
装置が電流経路上の電極を有効に陽極酸化する。
この方法によれば加熱はほとんど行われず、個々
の電極が所望の周波数特性になるように制御する
ために周波数特性が連続的にモニタされる。

第１図は、モノリシツク・クリスタルフイルタ
のごとき圧電共振子１１の電極１４，１５及び１
６に酸素プラズマを印加するための酸素グロー放
電装置ないしガン１０を示している。これらの電
極１４，１５及び１６は水晶その他の圧電共振子
のウエーハ１２の片面に形成されており、ウエー
ハ１２の他面に形成された電極との間で３個の共
振部分を構成している。このガン１０は、開端に
わたつてスクリーン２１を有する円環形状のカソ
ード２０を備えている。ガン１０の他端には絶縁
体リング２２を介して円環形状のアノード２４が
形成されている。カソード２０、リング２２及び
アノード２４のすべてをアルミニウム製とするこ
とができるが、この場合においてリング２２の表
面を陽極酸化することにより絶縁性とし、カソー
ド２０とアノード２４の表面もある部分は同様に
絶縁性とすることができるが、これについては後
に詳しく説明しよう。スクリーン２１はステンレ
ス鋼製の細いメツシユとなつている。

ガン１０のアノード２４において酸素グロー放
電を生じさせるには、アノード２４の電位をカソ
ード２０の電位に対して正の値にする必要がある
が、この値は実験的には350ボルト程度の値が好
適であつた。このアノード２４は圧電デバイス１
１に接近してくぼんだないしはテーパ付きの端面
を有しており、この端面はプラズマを電極１４，
１５及び１６上に導く。例示した３個の電極の場
合に限らず、圧電デバイス１１は任意個数の電極
を有していてよい。アノード２４の端面２５をく
ぼませることにより、共振デバイスをこれに極め
て接近できる。アノード２４の内径はウエーハ１
２の直径とほぼ等しく、従つてグロー放電は電極
１４，１５及び１６の箇所に局在する。

圧電デバイス１１は、電子装置内で実際に使用
される状態と同じ状態で標準ソケツトに支持され
ている。これを例示すれば第１図のように、絶縁
体３０にソケツト３２が設けられ、これらのソケ
ツトは電極１４，１５及び１６の各々に接続した
導体３４，３５及び３６ならびにウエーハ１２を
介して電極１４，１５及び１６に対向する電極１
３に接続した導体３８を受ける。電極１３に接続
される導体３８に結合したソケツトはバイパスコ
ンデンサ３８を介して接地される。電極１４から
の配線は、導体３４、抵抗器４０及びスイツチ４
１を経てポテンシヨメータから供給されるバイア
ス電圧に連つている。同様に、電極１５及び１６
からの配線は、抵抗器４６及び４７、スイツチ４
８及び４９を経てポテンシヨメータ５０及び５１
に連つている。ポテンシヨメータ４２，５０及び
５１はすべて50ボルト程度の電圧が供給される端
子４４に接続される。電極１４，１５及び１６か
らのリード線３４，３５及び３６は、直流阻止コ
ンデンサ５２を介して周波数測定装置５４にも接
続されている。

陽極酸化処理を行うために、ガン１０及び共振
子デバイス１１を約1.7Torrの乾燥酸素雰囲気中
に置く。ガン１０及び共振子デバイス１１を囲む
チヤンバを点線で、土台２８及び絶縁体３０と共
に示す。グロー放電用ガン１０のアノード２４は
ポスト２６を介して接地され、カソード２０はポ
スト２３を介して負電位に接続される。これらポ
スト２３及び２６はガンの支持部材ともなるが、
これについてはさらに説明しよう。アノード２４
及びカソード２０間に印加された電圧は、0.25ｍ
Ａ乃至2.0ｍＡのグロー放電電流を発生する。こ
れによつてスクリーン２１及びアノード２４の前
面間にプラズマ流が発生し、このプラズマは共振
子デバイス１１の電極１４，１５及び１６上に局
在する。

電極１４，１５及び１６の陽極酸化量は、スイ
ツチ４１，４８及び４９ならびにポテンシヨメー
タ４２，５０及び５１を介してそれらに選択的に
電圧を印加することにより、選択的に制御され
る。この処理方法は極めて均一かつ安定であり、
陽極酸化の深さを±１オングストロームの精度を
もつて400オングストロームの程度とすることが
できる。電極と回路との接続を切離すと陽極酸化
が生じなくなるので、各電極を異なる量だけ陽極
酸化することができる。50ボルト程度の正電圧が
端子４４に印加され、ポテンシヨメータ４２，５
０及び５１は、例えば30ボルトの電圧を上記各電
極に印加する。各電極の陽極酸化の厚みは、そこ
に印加される電圧値及びその電圧に接続される時
間に依存する。

共振子デバイス１１の電極１４，１５及び１６
は、慣用の周波数測定装置に接続されている。こ
れらの電極を個別の測定装置に接続してもよい
し、一台の測定装置に順次切替接続してもよい。
共振子デバイス１１の電極１３をコンデンサ３９
を介して接地した回路により周波数測定回路を表
示する。周知のように、モノリシツク・クリスタ
ルフイルタは音響的にウエーハに結合された複数
部分を具えており、フイルタ全体の特性は各部分
の特性に依存する。周波数特性を測定し、これに
応じて電極に印加すべき電圧を選択することによ
り、各電極は所望の特性を得るのに必要な深さま
で陽極酸化される。真空中で陽極酸化を起すと正
確な測定が可能で、必要に応じて連続的に行え
る。

酸素グロー放電ガン１０の詳細な構成を第２図
乃至第５図に示す。第２図はくぼんだ面２５から
見たアノード２４の平面図であり、第３図は第２
図の３−３断面図である。第２図は接続兼装着用
ポスト２６及びそこに結合された絶縁スリーブの
特殊形状を示している。スリーブ６０は、デルリ
ン（Delrin）その他のプラチツク絶縁材料から構
成されており、ポスト２６に螺合するための内部
ねじ溝を備えている。スリーブ６０内のコネクタ
チツプ６２はポスト２６のくぼみに当接しそこに
スプリング６４で押圧される端部６３を有してい
る。コネクタチツプ６２は、導体６６を受けてチ
ツプ６２及びポスト２６を介してアノード２４に
接続するためのくぼみ６５を具えている。前述し
たように、アノード２４をアルミ製とすることが
でき、その内面２７及び端面２５を導電的として
実効的なアノード表面を形成することができる。
アノードの残りの面はこれを絶縁的にするため陽
極酸化を行う。グロー放電領域はガン１０の内部
で、かつアノード２４のくぼみ面２５のすぐ近傍
に限定される。

第４図は、アノード２４とカソード２０の間に
設置される絶縁体２２の断面図である。アルミニ
ウムリングの全表面は陽極酸化されて絶縁体とな
る。カソード２０に接近した表面は円環状の突起
３１となつており、これは第１図に示すようにカ
ソードのスクリーンと結合する。

第５図はグロー放電用ガン１０のカソード２０
及びこれを支持して接続するためのポスト２３を
示している。このポストはアノード２４に接続さ
れたポスト２６と同一のものでよく、絶縁スリー
ブはスリーブ６０と同一のものでよく、コネクタ
チツプはコネクタチツプ６２（第２図）と同一の
ものでよい。カソード２０は、ステンレス製の細
いメツシユから成るスクリーン２１を受けるくぼ
み１９を備えている。絶縁体２２の突起３１はス
クリーン２１と結合してくぼみ１９内部に拡がる
ことによりスクリーン２１を保持する。カソード
２０の内面１８及びそのくぼみ１９は導電的であ
つてスクリーン２１への電流路となり、一方カソ
ード２０のその他の部分は陽極酸化されている。
酸素の流路を確保するため、カソード２０の閉端
面内に開口１７が開設されている。

第１図に示すように、グロー放電用ガン１０の
電圧が印加される箇所には、スクリーン２１から
アノードのくぼんだ面２５にかけてグロー放電領
域が形成される。この領域は20mmのオーダの長さ
と20mmのオーダの直径を有している。ガン１０の
全長は50mm以下である。この結果、共振子デバイ
ス１１の電極に導くことが可能な、アノード２４
の面２５に局在する微小な、低エネルギーの酸素
グロー放電装置を構成することができる。このガ
ン１０は極めて小量の加熱しか伴わないので、共
振子を損壊することもなくまたその周波数特性の
モニタを妨げることもない。

測定装置５４で得た測定結果を種々の周知方法
で共振子デバイス１１の各種極の陽極酸化の制御
に使用できることは明らかであろう。例えば、操
作者が測定結果を観測して、所望の特性が得られ
るようにスイツチ４１，４８及び４９の切り替え
を制御し、かつポテンシヨメータ４２，５０及び
５１を設定できる。あるいはまた、測定結果を受
信するように汎用計算機が使用され、プリセツト
したパターンに応じて制御装置を付勢させること
もできる。

以上説明した方法によれば、モノリシツク・ク
リスタルフイルタその他の多数部分から成る圧電
共振子の周波数特性を極めて十分に調整すること
ができた。周波数特性を連続的にモニタしかつ電
極の陽極酸化を個々に制御しているので、極めて
正確な調整が容易に実現できる。この方法では低
エネルギーのプラズマを使用しているので、調整
中の共振子デバイスを損傷する虞れがほとんどな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法及びこれに使用する装置
を示す図、第２図はグロー放電装置のアノードを
一部断面図で示す図、第３図は第２図の３−３断
面図、第４図はグロー放電装置の絶縁体を示す
図、第５図はグロー放電装置のカソードを示す図
である。 １０……グロー放電装置（ガン）、１１……圧
電共振子、１２……ウエーハ、１３〜１６……電
極、２０……カソード、２１……スクリーン、２
４……アノード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相互に隣接して配置されかつ陽極酸化可能な
   複数電極から成る複数共振部分１３，１４，１
   ５，１６を有する圧電性ウエーハ１２を具えた圧
   電共振子デバイス１１の周波数特性を調整する方
   法であつて、隣接電極１４，１５，１６の局部領
   域に低エネルギー酸素プラズマを供給し、個々の
   電極１４，１５，１６にそれらの陽極酸化を生じ
   る直流電圧を選択的に供給し、これら電極１４，
   １５，１６の陽極酸化を行つている間これら圧電
   共振子デバイス１１の周波数特性を測定すること
   を特徴とする圧電共振子デバイスの周波数調整方
   法。 ２ 前記複数電極１３，１４，１５，１６のそれ
   ぞれに印加する電圧の大きさ及び印加時間を制御
   することによりそれぞれの電極の陽極酸化を制御
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の圧電共振子デバイスの周波数調整方法。 ３ 乾燥した真空雰囲気中において前記複数電極
   １３，１４，１５，１６にプラズマを供給し、該
   プラズマを前記電極に隣接する領域に限定するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電
   共振子デバイスの周波数調整方法。 ４ 一方の側面上に複数のアルミニウム電極１
   ３，１４，１５，１６を有する水晶（圧電）共振
   板を備えたモノリシツク・クリスタルフイルタの
   周波数特性を調整する方法であつて、低エネルギ
   ーの酸素プラズマを生成し、該プラズマを前記ア
   ルミニウム電極１４，１５，１６を含む局部領域
   に供給し、前記アルミニウム電極１４，１５，１
   ６を回路に選択的に接続して該アルミニウム電極
   １４，１５，１６を選択的に陽極化し、該陽極酸
   化の期間中前記圧電共振子デバイス１１の周波数
   特性変化を測定することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の圧電共振子デバイスの周波数調
   整方法。 ５ 相互に隣接して位置し各々が陽極酸化可能な
   電極を有する複数の共振部分を有する圧電性のウ
   エーハを備えた圧電共振子デバイスの周波数特性
   を調整する装置であつて、該圧電共振子デバイス
   とそれぞれ同一寸法の内径を有するアノードリン
   グ２４及び該アノードリングと互いに絶縁される
   カソードリング２０を備えた低エネルギーのプラ
   ズマを生成する低エネルギー酸素グロー放電装置
   １０、該放電装置１０を前記アノード２４近傍で
   指示する手段、前記圧電共振子デバイス１１の電
   極に接続され、そこに電圧を印加し、その周波数
   特性を測定する回路手段３４，４４，５４を備え
   たことを特徴とする圧電共振子デバイスの周波数
   調整装置。 ６ 前記アノード・リング２４はくぼんだ前面を
   有し前記電極１４，１５，１６を含む局所にプラ
   ズマを導くことを特徴とする前記特許請求の範囲
   第５項記載の圧電共振子デバイスの周波数調整装
   置。 ７ 前記グロー放電装置１０は前記カソードリン
   グ２０を横断して位置する導電性のスクリーン２
   １を備えており、該スクリーンは前記アノードリ
   ング２４と協同して前記グロー放電領域を限定す
   ることを特徴とする前記特許請求の範囲第５項記
   載の圧電共振子デバイスの周波数調整装置。 ８ 前記グロー放電領域は前記グロー放電装置内
   の前記スクリーン２１から前記アノードリング２
   ４のくぼんだ端面まで拡つていることを特徴とす
   る前記特許請求の範囲第７項記載の圧電共振子デ
   バイスの周波数調整装置。