温度检测装置的制作方法

本发明涉及一种使用晶体振荡子的温度检测装置。

背景技术：

使用晶体振荡子的振荡装置例如被用于对便携终端进行通信的基站或中转站、或对数字电视(digitaltelevision)发送图像数据的基站或中转站等，但要求相对于环境温度的变化而进行稳定的振荡。因此，例如使用恒温晶体振荡子(ovencontrolledcrystaloscillation，ocxo)，但为了高精度地施行加热器的电力，需要生成与放置振荡装置的环境的温度准确地对应的信号。而且，在使用温度补偿晶体振荡子(temperaturecompensatedcrystaloscillation，tcxo)时，为了补偿向包含晶体振荡子的电路供给的设定电压，需要生成与温度准确地对应的信号。

进而，在半导体元件的制造工序中，使用利用抗蚀剂(resist)等化学液来形成涂布膜的装置、对涂布膜进行加热处理的装置。在这种装置中，由于三维元件的开发等，从准确地控制涂布膜的膜厚的面内均匀性的观点来看，要求准确地测定处理环境温度。

但是，若成为测定对象的温度范围广，则担心尤其在高温区域或低温区域中，晶体振荡子的振荡频率发生所谓频率跳变(frequencyjump)而无法测定。

在专利文献1中记载了下述技术，即：在晶体振荡子上设置两对电极而形成两个振动区域，针对其中一个振动区域的三次高阶谐波(基波的三次谐波)与另一振动区域的三次高阶谐波，检测频率的差值、或相对于基准温度的频率变化率的差值，将其检测值作为晶体振荡子的温度来进行操作。但是，关于产生发生频率跳变而温度测定中断，扰乱振荡频率等不良状况的担忧，则并未关注。

而且，在专利文献2中记载了使用一个晶体振荡子，测定两个振动模式各自的共振频率的变化并把握其变化作为温度变化的技术，但并非可消除所述担忧的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-170050号公报

专利文献2：日本专利特开2004-184256号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

本发明是鉴于此种情况而成，其目的在于提供一种在基于晶体片的振荡频率的变化来检测温度时，不会中断温度检测的温度检测装置。

解决问题的技术手段

本发明的特征在于包括：

第一振动区域，由分别设于晶体片的一面侧及另一面侧的第一电极所夹持；

第二振动区域，由分别设于晶体片的一面侧及另一面侧的第二电极所夹持；

基波振荡电路，用于使所述第一振动区域或所述第二振动区域以基波振荡；

高阶谐波振荡电路，用于使所述第一振动区域或所述第二振动区域以高阶谐波振荡；

频率测量部，测量所述基波振荡电路或所述高阶谐波振荡电路的振荡频率；

开关部，用于选择将所述第一电极经由所述基波振荡电路连接于所述频率测量部的状态、将所述第一电极经由所述高阶谐波振荡电路连接于所述频率测量部的状态、将所述第二电极经由所述基波振荡电路连接于所述频率测量部的状态、及将所述第二电极经由所述高阶谐波振荡电路连接于所述频率测量部的状态中的任一个；及

数据处理部，输出所述开关部的切换信号，基于由所述频率测量部所测量的测量结果，求出所述第一振动区域及所述第二振动区域中的其中一个振动区域的高阶谐波的频率变化率与所述其中一个振动区域的基波的频率变化率的差值，并根据所述差值来检测放置晶体片的环境的温度，并且基于所述其中一个振动区域的频率的测量结果来监视所述其中一个振动区域的振荡是否异常，且

所述数据处理部构成为在判断为所述其中一个振动区域的振荡异常时，根据所述第一振动区域及所述第二振动区域中的另一振动区域的高阶谐波的频率变化率与所述另一振动区域的基波的频率变化率的差值，来检测放置晶体片的环境的温度。

发明的效果

本发明在晶体片上设置第一电极的对及第二电极的对而形成第一振动区域及第二振动区域，求出使其中一个振动区域以高阶谐波例如三次谐波及基波振荡时的各自的频率变化率(相对于作为基准温度而决定的温度下的频率的与所述频率相比的频率变化部分的比率)，并根据其差值来检测放置晶体片的环境的温度。另外，基于其中一个振动区域的频率的测量结果来监视所述其中一个振动区域的振荡是否异常，当判断为异常时，使用另一振动区域根据同样的差值来检测温度。因此，例如即便遍及广的温度范围来进行检测时，也不会中断温度检测。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的温度检测装置的总体的外观图。

图2是表示设于温度检测装置的振荡电路单元内的振子单元的、表面侧的平面图。

图3是表示设于振子单元的晶体振荡子的表面侧的平面图及背面侧的平面图。

图4是表示振子单元的纵截面图。

图5是表示所述温度检测装置的框图。

图6是表示晶体振荡子的基波及三次谐波各自的频率变化率与温度的关系的特性图。

图7是表示晶体振荡子的基波的频率变化率与三次高阶谐波的频率变化率的差值、与温度的关系的特性图。

图8是表示温度检测装置的动作流程的流程图。

具体实施方式

本发明的实施方式所述的温度检测装置如图1所示，包括振荡电路单元1、测定部2、及将所述振荡电路单元1与测定部2连接的包含信号路的信号电缆3。

在本示例中，振荡电路单元1包括本体部10a、及相对于本体部10a而装卸自如的振子单元10。图1中，以分解立体图的形式来表示将振子单元10的后述的电路基板12的一端插入本体部10a的插入口10b的状态。

振子单元10如图2(a)所示，包括晶体振荡子11、及作为支撑晶体振荡子11的包含绝缘材料的支撑体的电路基板12。图2(a)表示从表面侧(晶体振荡子11侧)观看搭载有晶体振荡子11的电路基板12的图，图2(b)表示从表面侧观看未搭载晶体振荡子11的电路基板12的图。如图2(b)所示，在电路基板12的另一端侧，形成有较晶体振荡子11小一圈的开口部13，在开口部13的周缘附近设有三个端子部21、22、23。

在电路基板12的表面侧，导电路21a、22a、23a分别从各端子部21、22、23向电路基板12的一端侧伸出。导电路21a、22a、23a各自的一端侧形成为分别连接于本体部10a侧的连接端子的、连接端子21b、22b、23b。

晶体振荡子11如图3(a)所示，包括at切的圆形的晶体片14、及在晶体片14的一面侧隔着所述晶体片14的中心在直径方向上彼此远离且形成为平行状的短条状的第一电极4及第二电极5。引出电极42、52从第一电极4及第二电极5的中央部，以朝向晶体片1的外周且相对于电极4、5正交的方式延伸。引出电极4、5在晶体片1的外周折回背面侧，形成为连接端子41、51(参照图3(b))。

在晶体片14的另一面侧，如图3(b)所示，在包含第一电极4及第二电极5的投影区域的区域中，形成有另一面侧电极15。另一面侧电极15包括位于第一电极4及第二电极5的各投影区域的短条状部分15a、15b、以及将这些短条状部分15a、15b在一端侧连接的连接部分，连接部分中的晶体片14的外周侧折回，背面侧的端部形成为连接端子151。

第一电极4、第二电极5及另一面侧电极15例如构成为在作为密接层的铬层上以层状形成金的电极膜。第一电极4及第二电极5如后述那样连接于振荡电路的直流电源侧，另一面侧电极15连接于振荡电路的接地侧。电路基板12的一端侧插入本体部10a的插入口10b内而安装于本体部10a，电路基板12的连接端子21b、22b、23b分别经由设于本体部10a的连接端子而连接于振荡电路。

如图4所示，由第一电极4、与另一面侧电极15中的和所述第一电极4相向的部分(短条状部分15a)夹持的晶体片14的区域相当于第一振动区域40，由第二电极5、与另一面侧电极15中的和所述第二电极5相向的部分(短条状部分15b)夹持的晶体片14的区域相当于第二振动区域50。另外，图4是为了表示第一振动区域40及第二振动区域50，而且为了容易地掌握晶体振荡子11与电路基板12的关系的附图，并非作为截面图而准确地描画。

为了避免符号的烦杂化，有时将夹持第一振动区域40的两面侧的电极均称为第一电极4，将夹持第二振动区域50的两面侧的电极均称为第二电极5。

如由图2(a)、(b)及图3(b)可知，晶体振荡子11的背面侧的连接端子41、151、51分别连接于电路基板12的连接端子21、22、23。另外，晶体振荡子11通过导电性粘接剂而在连接端子41、151、51的部位固定于电路基板12。

图5是表示本实施方式的温度检测装置的电路结构的框图。振荡电路单元1包括用于使晶体振荡子11的第一振动区域40或第二振动区域50以基波振荡的基波振荡电路31、及用于使第一振动区域40或第二振动区域50以基波的3倍频率即三次谐波(三次高阶谐波)振荡的三次谐波振荡电路32。

进而，振荡电路单元1包括：开关部sw1及sw2，用于将第一振动区域40选择性地连接于基波振荡电路31及三次谐波振荡电路32，而且将第二振动区域50选择性地连接于基波振荡电路31及三次谐波振荡电路32；及开关部sw3，用于将基波振荡电路31及三次谐波振荡电路32中的一者及另一者经由信号路33选择性地连接于频率测量部6。

具体而言，第一电极4及第二电极5分别电连接于开关部sw1的切换接点a、b。而且，晶体片14的另一面侧的电极15接地，但在图5中并未记载配线。即，另一面侧的电极15连接于基波振荡电路31及三次谐波振荡电路32的接地侧。

开关部sw1、sw2及sw3构成为根据来自后述的数据处理部的控制信号而在切换接点a、b之间切换连接。在本示例中，基波振荡电路31、三次谐波振荡电路32、开关部sw1、sw2及sw3设于本体部10a。

测定部2包括测量基波振荡电路31及三次谐波振荡电路32的振荡频率的频率测量部20、及基于所述频率测量部20的测量结果来进行数据处理的例如包含计算机(computer)的数据处理部6。

数据处理部6包括总线60、中央处理器(centralprocessingunit，cpu)61、存储程序的程序存储部62、对开关部sw1～sw3输出切换信号的切换信号输出部63、及存储器64。而且，在数据处理部6上连接有显示温度或警告的显示部65。

此处，描述晶体振荡子11的频率温度特性。在本实施方式中，使晶体片14以基波振荡时的-60℃至80℃的频率变化率(以ppm标示来表示)f1是如图6的实线所示那样表示，以三次谐波振荡时的-60℃至80℃的频率变化率f2例如是如图6的虚线所示那样表示。所谓频率变化率，是指相对于作为基准温度的例如25℃下的频率的、所述频率与此时的频率的差值的比率。即，若将某温度下的频率设为f、基准温度下的频率设为f0，则频率变化率f1或f2(ppm)是以{(f－f0)/f0}×10⁶表示。

图7表示纵轴取f1与f2的差值且横轴取温度的频率变化率的差值的温度特性的一例，例如在-60℃至80℃之间，频率变化率的差值相对于温度而直线地变化。因此，能通过监视f1－f2来检测晶体片14的温度、即放置晶体片14的环境的温度。

数据处理部6的切换信号输出部63具有输出用于将开关部sw1切换至切换接点a、b的任一个的切换信号、及用于将开关部sw2、sw3同时切换至切换接点a、b的任一个的切换信号的功能。利用切换信号，而形成将晶体片14的一面侧的第一电极4连接于基波振荡电路31且将基波振荡电路31连接于频率测量部20的状态、将所述第一电极4连接于三次谐波振荡电路32且将三次谐波振荡电路32连接于频率测量部20的状态、将晶体片14的一面侧的第二电极5连接于基波振荡电路31且将基波振荡电路31连接于频率测量部20的状态、及将所述第二电极4连接于三次谐波振荡电路32且将三次谐波振荡电路32连接于频率测量部20的状态中的任一个。

因此，数据处理部62根据切换信号，而得知作为由频率测量部20所测量的测量结果的频率(频率测量值)是与第一振动区域40、第二振动区域50的哪一个对应的振荡频率，且所述振荡频率为基波、三次谐波的哪一个。因此，程序将作为测量结果的频率区分第一振动区域40、第二振动区域50并且区分基波、三次谐波而写入存储器64。

另外，程序包括下述步骤，即：基于这样按时间序列写入的晶体振荡子11的第一振动区域40中的基波的频率及三次谐波的频率来运算f2－f1，并根据运算结果来求出温度。程序还包括下述步骤，即：监视f2－f1是否为异常值，当判断为异常值时，基于第二振动区域50中的基波的频率及三次谐波的频率来运算f2－f1，并根据运算结果来求出温度。因此，程序的一部分相当于监视第一振动区域40是正常振荡还是成为异常状态的监视部。另外，为了避免说明的混乱，将第一振动区域40的基波的频率变化率记载为f1，将三次谐波的频率变化率记载为f2，将第二振动区域50的基波的频率变化率记载为f1'，将三次谐波的频率变化率记载为f2'。

作为判定f2－f1是否为异常值的方法，可举出下述方法：例如针对f2－f1求出规定时间的移动平均，当移动平均的时间序列数据中，某时间(移动平均的运算间隔)时的移动平均的变化量超过设定量时，判定为异常。本示例中为基于f2－f1来判定第一振动区域40的异常的方法，但作为第一振动区域40是否异常的判定方法，也可设为监视f2或f1的移动平均，也可设为监视f2或f1的单位时间的变化量，或也可设为另基于基波、三次谐波的频率来进行判定。

接下来，对所述实施方式的作用进行叙述。从数据处理部6的切换信号输出部63，经由信号电缆3的信号路而输出用于指定各开关部sw1、sw2及sw3的切换状态的切换信号。由此，开关部sw1～sw3例如像＜1＞～＜4＞那样依次切换。关于切换的说明，为了方便将切换至切换接点a(b)侧的状态表达作将开关部sw切换至a(b)侧。

＜1＞将开关部sw1切换至a侧，将开关部sw2、sw3切换至a侧的状态；

＜2＞将开关部sw1切换至a侧，将开关部sw2、sw3切换至b侧的状态；

＜3＞将开关部sw1切换至b侧，将开关部sw2、sw3切换至a侧的状态；

＜4＞将开关部sw1切换至b侧，将开关部sw2、sw3切换至b侧的状态；

＜1＞的状态时，测量第一振动区域40以基波振荡时的频率f1，＜2＞的状态时，测量第一振动区域40以三次谐波振荡时的频率f2，＜3＞的状态时，测量使第二振动区域50以基波振荡时的频率f1'，＜4＞的状态时，测量使第二振动区域50以三次谐波振荡时的频率f2'。

图8的步骤s1～步骤s8表示开关部sw1～sw3的状态与频率测量的关系。如上文所述那样，根据切换信号而得知测量的频率是哪一振荡频率，因而将频率的类别(为哪一振动区域的哪一振荡模式的振荡频率的区分)与频率的测量值相对应地存储在存储器64中，形成时间序列数据。作为开关部sw1～sw3的切换的时间间隔，例如设定为250ms。

另外，求出第一振动区域40的基波的振荡频率f1下的上文所述的频率变化率(频率相对于25℃下的频率而变化的比率)f1、与第一振动区域40的三次谐波的振荡频率f2下的上文所述的频率变化率f2的差值即f2－f1，判断所述差值是否为正常值(步骤s9)。此判断是为了监视第一振动区域40的振荡异常而进行，如上文所述那样，将从判断时到往前追溯规定时间(规定的采样数)的时刻为止的期间的f2－f1的移动平均、与从判断时起往前追溯规定时间的时刻到进一步往前追溯规定时间的时刻为止的期间的移动平均进行比较，当其比较结果(差值)超过设定值时判断为异常。

若f2－f1正常，则例如预先基于图7所示的温度特性数据来求出与f2－f1对应的温度(步骤s10)，并显示于显示部65。接下来，求出第二振动区域50的基波的振荡频率f1'下的上文所述的频率变化率f1'、与第二振动区域50的三次谐波的振荡频率f2'下的上文所述的频率变化率f2'的差值即f2'－f1'，判断所述差值是否为正常值(步骤s11)。此判断是利用与f2－f1的所述判断同样的方法进行。然后，回到步骤s1，当判断为f2'－f1'异常时，将第二振动区域50不良显示于显示部65中的与温度显示区域不同的区域(步骤s12)。

另一方面，步骤s9中，当判断为f2－f1异常时，显示第一振动区域40不良(步骤s13)。此时，温度的检测会基于第二振动区域50的振荡频率来进行，即基于f2'－f1'来进行，但也可为了谨慎起见而如所述那样进行f2'－f1'是否正常的判断(步骤s14)，若为正常，则使用预先存储在存储器中的温度与f2'－f1'的关系数据来求出温度，并显示于显示部65(步骤s15)。当判断为f2'－f1'异常时，例如将所述温度检测装置故障显示于显示部65(步骤s15)等而进行告知。

所述实施方式在晶体片14上形成第一振动区域40及第二振动区域50，求出使作为其中一个振动区域的第一振动区域40以三次谐波及基波振荡时的、各自的频率变化率f2、f1，并根据其差值来检测放置晶体片14的环境的温度。另外，设为基于第一振动区域40的频率的测量结果来监视所述第一振动区域40的振荡是否异常，当判断为异常时，使用第二振动区域50根据同样的差值(f2'－f1')来检测温度。

在遍及某温度范围来进行温度检测时，尤其担心在高温侧或低温侧发生频率跳变，但即便第一振动区域40中产生不良状况也能使用第二振动区域50来进行温度检测，因而温度检测不会中断。

而且，如步骤s12、s13那样，显示第一振动区域40及第二振动区域50中的一者产生异常，由此，例如操作员能在温度检测作业告一段落的时机，采取更换晶体振荡子11等对策。

用于将各振动区域40、50经由基波振荡电路31或三次谐波振荡电路32连接于频率测量部20的开关部不限于图5所示的示例。例如也能采用下述结构，即：对于基波振荡电路及三次谐波振荡电路，使一部分共用，并且切换基波用的调谐电路(tunedcircuit)与三次谐波用的调谐电路，发挥基波振荡电路或三次谐波振荡电路的功能。此时，使用下述开关部，即：用于将共用电路的前段切换至第一振动区域40及第二振动区域50中的一者、另一者的开关部以及调谐电路的切换用的开关部。

而且，在所述实施方式中，举出在获取晶体振荡子的高阶谐波的频率变化率与基波的频率变化率的差值时，高阶谐波为三次谐波的示例，但高阶谐波不限于三次谐波，例如也可为五次谐波(五次高阶谐波)。

符号的说明

1：振荡电路单元

10：振子单元

11：晶体振荡子

12：电路基板

13：开口部

14：晶体片

15：另一面侧的电极

2：测定部

20：频率测量部

3：信号电缆

31：基波振荡电路

32：三次谐波振荡电路

4：第一电极

40：第一振动区域

5：第二电极

50：第二振动区域

sw1～sw3：开关部

6：数据处理部

65：显示部