CN115250106A - 振动器件 - Google Patents
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Abstract
提供振动器件,输出高精度的振荡频率。振动器件具有:基板;设置于基板的加热器;设置于基板的温度传感器;具有与基板接合的接合部的振动元件;以及盖,其与基板接合以与基板一起收纳振动元件,接合部配置成在俯视时与加热器重叠。
Description
技术领域
本发明涉及振动器件。
背景技术
在专利文献1中公开了一种石英振子,其具有:底座基板,其具有凹部;IC基板,其固定于凹部的底面;石英片,其经由导电性粘接剂固定于IC基板的上表面;以及盖,其以封闭凹部开口的方式接合于底座基板。另外,在IC基板的上表面配置有用于检测石英片的温度的温度传感器、和用于加热石英片的加热器电路,以将石英振子的封装内的温度保持为恒定的方式进行控制。
专利文献1:日本特开2015-33065号公报
然而,专利文献1所记载的石英振子存在如下问题:由于连接石英片与IC基板的连接部与作为发热源的加热器电路分离,因此加热器电路的热无法高效地传递至石英片,难以进行迅速且准确的温度控制。
发明内容
振动器件具有:基板,其具有第1面和位于所述第1面的相反侧的第2面;加热器,其设置于所述基板的所述第1面侧;温度传感器,其设置于所述基板的所述第1面侧;振动元件,其配置于所述基板的所述第1面侧,具有与所述基板接合的第1接合部;盖,其与所述基板接合以与所述基板一起收纳所述振动元件;以及电路,其设置于所述第1面和所述第2面中的任意的面,基于所述温度传感器的输出,控制所述加热器,所述第1接合部配置成在从与所述第1面垂直的方向的俯视时与所述加热器重叠。
附图说明
图1是表示第1实施方式的振动器件的概略构造的俯视图。
图2是图1中的A-A线剖视图。
图3是表示振动器件的概略构造的俯视图。
图4是表示第2实施方式的振动器件的概略构造的俯视图。
图5是图4中的B-B线剖视图。
图6是表示第3实施方式的振动器件的概略构造的俯视图。
图7是图6中的C-C线剖视图。
图8是表示振动器件的概略构造的俯视图。
图9是表示第4实施方式的振动器件的概略构造的俯视图。
图10是图9中的D-D线剖视图。
图11是表示第5实施方式的振动器件的概略构造的俯视图。
图12是图11中的E-E线剖视图。
标号说明
1、1a、1b、1c、1d:振动器件;10:封装;11:基板;11a:第1面;11b:第2面;12:盖;13:接合部件;14:加热器;15:温度传感器;16:电路;16A:温度控制电路;16B:振荡电路;17:绝缘膜;18:绝缘膜;19:布线;20、20a、20b、20c:贯通孔;21:贯通电极;21a:第1贯通电极;21b:第2贯通电极;21c:第3贯通电极;22:外部端子;23、24:接合端子;25:导电性接合部件;26:绝热层;27:凹部;28:面;29:内部空间;30:振动元件;31:振动基板;32:激振电极;33:引线电极;34:电极端子;35:第1接合部;36:振动部;37:第2接合部;38:电极端子;40:绝缘层。
具体实施方式
1.第1实施方式
首先,关于第1实施方式的振动器件1,列举恒温槽型振荡器(OCXO)作为一例,参照图1、图2和图3进行说明。
另外,在图1中,为了方便说明振动器件1的内部结构,图示了卸下盖12后的状态。另外,在图3中,为了方便说明振动器件1的内部结构,图示了卸下盖12和振动元件30后的状态。另外,为了便于说明,在之后的各图中,图示了X轴、Y轴以及Z轴,作为相互垂直的3个轴。此外,将沿着X轴的方向称为“X方向”,将沿着Y轴的方向称为“Y方向”,将沿着Z轴的方向称为“Z方向”。另外,也将各轴的箭头侧称为“正侧”,将与箭头的相反侧称为“负侧”。另外,也将Z方向正侧称为“上”,将Z方向负侧称为“下”。
如图1和图2所示,振动器件1具有:封装10,其由作为底座的基板11和盖12构成;振动元件30,其收纳在封装10的内部空间29中;以及加热器14、温度传感器15和电路16,它们设置在基板11的第1面11a侧。
振动元件30位于基板11的第1面11a侧,并具有:振动基板31;激励电极32,其使振动基板31振动;电极端子34,其将振荡信号输出到外部,配置在振动基板31的基板11侧的面上;以及引线电极33,其从激励电极32向X方向负侧延伸,将激励电极32和电极端子34电连接。此外,振动基板31具有:振动部36,其配置有激励电极32并进行振动;第1接合部35,其位于振动部36的X方向负侧,与基板11接合。
振动元件30经由金属凸块或导电性粘接剂等导电性接合部件25而被接合在基板11的第1面11a上。另外,作为振动基板31,可使用AT切石英基板、SC切石英基板、BT切石英基板等。
封装10具有基板11和与基板11接合的盖12,在形成于基板11与盖12之间的内部空间29中收纳有振动元件30。
基板11是包含单晶硅的半导体基板,特别是在本实施方式中是硅基板。此外,作为基板11,没有特别限定,可以使用硅以外的半导体基板,例如锗、砷化镓、磷化镓、氮化镓、碳化硅等的半导体基板,也可以使用陶瓷基板那样的半导体基板以外的基板。
基板11为板状,具有配置有振动元件30的第1面11a和位于第1面11a的相反侧的第2面11b。另外,在基板11的除了与盖12接合的接合区域以外的表面,形成有绝缘膜17。另外,绝缘膜17能够通过对基板11进行热氧化而形成。
在基板11的第1面11a上配置有多个布线19,多个布线19将形成于绝缘膜18的加热器14以及温度传感器15与具有温度控制电路16A的电路16电连接,并将接合在绝缘膜18上的振动元件30与具有振荡电路16B的电路16电连接。此外,在绝缘膜17以及布线19上配置有形成加热器14、温度传感器15以及电路16的绝缘膜18。而且,如图2以及图3所示,在与加热器14重叠的位置处的绝缘膜18上,配置有经由导电性接合部件25来对振动元件30进行接合的接合端子23。具体而言,振动元件30向基板11的接合是指,通过导电性接合部件25,对设置在基板11上的接合端子23、和被设置在振动元件30的第1接合部35中与基板11对置的面上的电极端子34进行接合。
在本实施方式中,由于在从与第1面11a垂直的方向即Z方向进行俯视时,对振动元件30进行接合的接合端子23被配置在与加热器14重叠的位置处,因此能够将设置有电极端子34的振动元件30的第1接合部35配置为与加热器14重叠。因此,加热器14的热高效地传递到振动元件30,因此能够进行高精度的温度控制,能够提高振荡频率精度。
电路16具有:温度控制电路16A,其根据温度传感器15的输出,对加热器14进行控制;振荡电路16B,其对振动元件30的输出信号进行放大,并将放大后的信号反馈至振动元件30,由此使振动元件30振荡。
温度控制电路16A是用于根据从温度传感器15输出的温度信息来控制流过加热器14的电流量,从而将振动元件30保持为恒定温度的电路。例如,温度控制电路16A以如下方式进行控制:在根据温度传感器15的输出信号判定的当前温度低于所设定的基准温度的情况下,使期望的电流流过加热器14,在当前温度高于基准温度的情况下,不使电流流过加热器14。
另外,在本实施方式中,将电路16配置在第1面11a侧,但也可以配置在第2面11b侧。另外,也可以在电路16中具有温度补偿电路,该温度补偿电路根据从温度传感器15输出的温度信息,以使振荡电路16B的振荡信号的频率变动小于振动元件30自身的频率温度特性的方式进行温度补偿。
在基板11的第2面11b,形成有经由布线19等与设置于第1面11a侧的电路16电连接的多个外部端子22。
另外,在基板11上形成有在厚度方向上贯通基板11的一对贯通孔20。在贯通孔20内填充导电性材料而形成了贯通电极21。因此,外部端子22经由贯通电极21和布线19与电路16电连接,通过从外部端子22通电,从振荡电路16B向振动元件30的激励电极32施加电压,从而能够使振动元件30振荡。此外,能够将从振荡电路16B输出的振荡信号从外部端子22向外部输出。
盖12与基板11同样是硅基板。由此,基板11与盖12的线膨胀系数相等,抑制了由热膨胀引起的热应力的产生,成为具有优异的振动特性的振动器件1。此外,由于能够通过半导体工艺形成振动器件1,因此能够高精度地制造振动器件1,并且能够实现其小型化。但是,作为盖12,没有特别限定,也可以使用硅以外的半导体基板,例如锗、砷化镓、磷化镓、氮化镓、碳化硅等的半导体基板。另外,例如还能够使用可伐合金等的金属基板、玻璃基板等半导体基板以外的基板。
盖12具有在基板11侧开口、且在内部收纳振动元件30的有底的凹部27。而且,盖12在其下表面经由接合部件13与基板11接合。由此,盖12与基板11一起形成收纳振动元件30的内部空间29。此外,作为基板11与盖12的接合方法,也可以是不经由接合部件13而利用了基板11、盖12所包含的金属彼此的扩散的扩散接合等接合方法。
此外,内部空间29是气密的,是减压状态,优选是更接近真空的状态。由此,粘性阻力减小,振动元件30的振荡特性提高。但是,内部空间29的环境没有特别限定,例如可以是封入有氮或氩等惰性气体的环境,也可以不是减压状态而是大气压状态或加压状态。
如上所述,在本实施方式的振动器件1中,振动元件30的第1接合部35配置为在从Z方向俯视时与加热器14重叠,因此加热器14的热高效地传递到振动元件30。因此,能够高精度地对振动元件30进行温度控制,能够提高从振动器件1输出的振荡频率精度。
2.第2实施方式
接着,参照图4和图5说明第2实施方式的振动器件1a。另外,在图4中,为了方便说明振动器件1a的内部结构,图示了卸下盖12和振动元件30后的状态。
本实施方式的振动器件1a与第1实施方式的振动器件1相比,除了温度传感器15a的配置位置和加热器14a的形状不同以外,与第1实施方式的振动器件1相同。此外,以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明,对相同事项标注相同标号并省略其说明。
如图4和图5所示,振动器件1a在基板11的第1面11a侧具有振动元件30、加热器14a、温度传感器15a和电路16。
如图4所示,加热器14a在从Z方向俯视时呈包围温度传感器15a的图案形状。
在从Z方向俯视时,温度传感器15a位于基板11的大致中央,被加热器14a包围而配置。
通过设为这样的结构,能够进一步抑制振动元件30、加热器14a以及温度传感器15a之间的温度差,能够得到与第1实施方式的振动器件1同样的效果。
3.第3实施方式
接着,参照图6、图7和图8说明第3实施方式的振动器件1b。另外,在图6中,为了方便说明振动器件1b的内部结构,图示了卸下盖12后的状态。另外,在图8中,为了方便说明振动器件1b的内部结构,图示了卸下盖12和振动元件30b后的状态。
本实施方式的振动器件1b与第1实施方式的振动器件1相比,基板11的与振动元件30b的接合位置为3处,振动元件30b和加热器14b的形状、以及温度传感器15b的配置位置不同,除此以外,与第1实施方式的振动器件1相同。此外,以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明,对相同事项标注相同标号并省略其说明。
如图6和图7所示,振动器件1b在基板11的第1面11a侧具有振动元件30b、加热器14b、温度传感器15b和电路16。
振动元件30b具有第2接合部37,在从Z方向俯视时,第2接合部37隔着振动部36而被配置在与第1接合部35的相反侧,并以与加热器14b重叠的方式配置。设置于第2接合部37的与基板11对置的面的电极端子38与设置在基板11上的接合端子24经由导电性接合部件25而被接合。因此,振动元件30b在第1接合部35的2处和第2接合部37的1处共计3处与基板11接合。
如图8所示,加热器14b在从Z方向俯视时,呈包围用于接合振动元件30b的3个接合端子23、24的图案形状。
温度传感器15b配置于加热器14b的X方向负侧。
通过设为这样的结构,加热器14b的热从与基板11接合的第1接合部35的2处和隔着振动部36配置于与第1接合部35的相反侧的第2接合部37的1处传递,因此能够抑制振动元件30b内的温度不均。另外,由于在3处保持振动元件30b,因此能够提高针对落下冲击等的耐冲击性,能够得到与第1实施方式的振动器件1同样的效果。
4.第4实施方式
接着,参照图9和图10说明第4实施方式的振动器件1c。另外,在图9中,为了方便说明振动器件1c的内部结构,图示了卸下盖12后的状态。
本实施方式的振动器件1c与第1实施方式的振动器件1相比,电路16c配置于第2面11b侧,与加热器14电连接的第1贯通电极21a、与温度传感器15电连接的第2贯通电极21b以及与振动元件30电连接的第3贯通电极21c设置于基板11c,并设置有覆盖电路16c的绝缘层40,除此以外,与第1实施方式的振动器件1相同。此外,以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明,对相同事项标注相同标号并省略其说明。
如图9和图10所示,振动器件1c在构成封装10c的基板11c的第2面11b侧,设置有具有温度控制电路16A和振荡电路16B的电路16c。在电路16c上设置有覆盖电路16c的绝缘层40。另外,绝缘层40作为钝化膜发挥作用,可使用氮化硅、氧化硅以及聚酰亚胺这样的有机物材料等。
基板11c具有:第1贯通电极21a,其设置于贯通第1面11a和第2面11b的贯通孔20a,将加热器14与电路16c电连接;第2贯通电极21b,其设置于贯通第1面11a和第2面11b的贯通孔20b,将温度传感器15与电路16c电连接;以及第3贯通电极21c,其设置于贯通第1面11a和第2面11b的贯通孔20c,将振动元件30与电路16c电连接。
通过设为这样的结构,加热器14、温度传感器15以及振动元件30与电路16c之间的电连接变得容易。另外,不需要为了将加热器14、温度传感器15以及振动元件30与电路16c电连接而将布线从内部空间29内引绕到基板11c外。因此,能够更可靠地确保内部空间29的气密性。另外,通过利用绝缘层40覆盖电路16c,能够有效地抑制振动元件30的热经由基板11c释放到外部。因此,容易将振动元件30的温度保持为更恒定,并且能够降低加热器14的功耗,能够得到与第1实施方式的振动器件1相同的效果。
5.第5实施方式
接着,参照图11和图12说明第5实施方式的振动器件1d。另外,在图11中,为了方便说明振动器件1d的内部结构,图示了卸下盖12d后的状态。
本实施方式的振动器件1d与第1实施方式的振动器件1相比,除了在盖12d的对振动元件30进行收纳的一侧的面28上设置有绝热层26以外,与第1实施方式的振动器件1相同。此外,以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明,对相同事项标注相同标号并省略其说明。
如图11和图12所示,振动器件1d在构成封装10d的盖12d的对振动元件30进行收纳的一侧的面28上设置有绝热层26。另外,绝热层26由导热系数比基板11、盖12d低的材料构成。作为这样的绝热层26,可使用氧化硅、多孔质聚酰亚胺等多孔质树脂材料以及各种玻璃材料、二氧化硅气凝胶等无机多孔质材料等。
通过设为这种结构,能够通过绝热层26更容易地将振动元件30的温度保持为恒定,并且能够降低加热器14的消耗电力,从而能够得到与第1实施方式的振动器件1相同的效果。
Claims (7)
1.一种振动器件,其中,该振动器件具有:
基板,其具有第1面和位于所述第1面的相反侧的第2面;
加热器,其设置于所述基板的所述第1面侧;
温度传感器,其设置于所述基板的所述第1面侧;
振动元件,其配置于所述基板的所述第1面侧,具有与所述基板接合的第1接合部;
盖,其与所述基板接合以与所述基板一起收纳所述振动元件;以及
电路,其设置于所述第1面和所述第2面中的任意的面,基于所述温度传感器的输出,控制所述加热器,
所述第1接合部配置成在从与所述第1面垂直的方向的俯视时与所述加热器重叠。
2.根据权利要求1所述的振动器件,其中,
所述振动元件具有振动部、和与所述基板接合的第2接合部,
所述第2接合部在所述俯视时,隔着所述振动部配置在与所述第1接合部的相反侧,且配置成与所述加热器重叠。
3.根据权利要求1或2所述的振动器件,其中,
所述温度传感器在所述俯视时被所述加热器包围。
4.根据权利要求1或2所述的振动器件,其中,
所述电路设置于所述第2面,
所述基板具有:第1贯通电极,其贯通所述第1面和所述第2面,将所述加热器和所述电路电连接;以及第2贯通电极,其贯通所述第1面和所述第2面,将所述温度传感器和所述电路电连接。
5.根据权利要求4所述的振动器件,其中,
所述电路具有振荡电路,
所述基板具有第3贯通电极,所述第3贯通电极贯通所述第1面和所述第2面,将所述振动元件和所述电路电连接。
6.根据权利要求4所述的振动器件,其中,
该振动器件具有绝缘层,所述绝缘层设置于所述基板的所述第2面侧,覆盖所述电路。
7.根据权利要求1或2所述的振动器件,其中,
所述盖具有绝热层,所述绝热层配置在对所述振动元件进行收纳的一侧的面上。
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