CN115483886A - 振动器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种振动器件，具有优异的振荡特性。振动器件具有：振动元件；基座，其具有处于正反关系的第一面和第二面，所述振动元件配置在该基座的所述第一面侧；集成电路，其配置于所述基座；盖，其具有与所述振动元件对置的内表面和与所述内表面处于正反关系的外表面，该盖以收纳所述振动元件的方式与所述基座接合；以及放射层，其配置于所述盖的所述内表面，具有比所述盖的放射率高的放射率。

Description

振动器件

技术领域

本发明涉及振动器件。

背景技术

在专利文献1中记载了一种温度补偿型振荡器，该温度补偿型振荡器具有石英振子、以及将温度传感器、补偿电压产生电路和振荡电路1芯片化而成的IC，石英振子和IC被收纳在陶瓷封装中。另外，陶瓷封装具有：箱状的陶瓷基座，其具有在上表面开口的凹部；以及金属盖，其以堵塞凹部的开口的方式与陶瓷基座的上表面接合，在凹部的底面固定有IC，在凹部的台阶面固定有石英振子。

专利文献1：日本特开2004-320417号公报

但是，在专利文献1的温度补偿型振荡器中，陶瓷基座的隔热性高，来自IC的发热容易蓄积在陶瓷封装内。因此，存在陶瓷封装内的晶体振子的温度不稳定，振荡特性劣化的问题。

发明内容

本发明的振动器件具有：振动元件；基座，其具有处于正反关系的第一面和第二面，在所述第一面侧配置有所述振动元件；集成电路，其配置于所述基座；盖，其具有与所述振动元件对置的内表面和与所述内表面处于正反关系的外表面，所述盖以收纳所述振动元件的方式与所述基座接合；以及放射层，其配置于所述盖的所述内表面，具有比所述盖的放射率高的放射率。

附图说明

图1是表示第一实施方式的振动器件的剖视图，是图2中的A-A线剖视图。

图2是表示振动元件的俯视图。

图3是表示第二实施方式的振动器件的剖视图。

图4是表示第三实施方式的振动器件的剖视图。

图5是表示第四实施方式的振动器件的剖视图。

图6是表示形成于盖的上表面的凹部的俯视图。

图7是表示凹部的变形例的俯视图。

图8是表示凹部的变形例的俯视图。

图9是表示凹部的变形例的俯视图。

图10是表示凹部的变形例的俯视图。

图11是表示凹部的变形例的俯视图。

图12是表示第五实施方式的振动器件的剖视图。

标号说明

1：振动器件；10：封装；2：基座；2a：上表面；2b：下表面；21：贯通孔；210：贯通电极；22：贯通孔；220：贯通电极；25：外部端子；26：绝缘膜；27：凹部；271：第一凹部；272：第二凹部；28：布线；29：布线；3：盖；3a：上表面；3b：下表面；31：收容凹部；311：底面；312：侧面；32：凹部；321：第一凹部；322：第二凹部；323：凹部；324：凹部；33：部分；4：振动元件；41：振动基板；42：电极；421：激励电极；422：激励电极；423：端子；424：端子；425：布线；426：布线；6：集成电路；6A：温度传感器；6B：温度补偿电路；6C：振荡电路；60：层叠体；62：布线层；63：绝缘层；64：钝化膜；65：端子层；650：安装端子；651：布线；652：布线；7：金属层；8：放射层；81：金属凸块；82：金属凸块；L：长度；S：收容部；T：厚度；W：宽度。

具体实施方式

以下，根据附图对振动器件的优选实施方式进行说明。此外，为了便于说明，将图1～图5以及图12中的上侧也称为“上”，将下侧也称为“下”。在该情况下，在图6～图11中，纸面近前侧为“上”，里侧为“下”。

<第一实施方式>

图1是表示第一实施方式的振动器件的剖视图，是图2中的A-A线剖视图。图2是表示振动元件的俯视图。

图1所示的振动器件1具有：在内部具有气密的收纳部S的大致长方体(正六面体)的封装10；以及收纳于收纳部S的振动元件4。此外，封装10具有：基座2，其经由一对金属凸块81、82而与振动元件4接合；盖3，其覆盖振动元件4并与基座2的上表面2a接合。另外，在基座2的下表面2b侧形成有与振动元件4电连接的集成电路6。

基座2是硅基板。在本实施方式中，特别使用P型的硅基板。因此，在振动器件1的使用时，基座2与作为恒定电位的地连接。但是，作为基座2，没有特别限定，也可以是N型的硅基板。另外，也可以使用硅以外的半导体基板，例如Ge、GaP、GaAs、InP等半导体基板。

基座2为板状，具有作为处于正反关系的第一面的上表面2a和作为第二面的下表面2b。另外，在上表面2a及下表面2b分别形成有绝缘膜26。绝缘膜26例如是对基座2的表面进行热氧化而形成的硅氧化膜。但是，作为绝缘膜26，没有特别限定，例如也可以是氮化硅膜。另外，作为绝缘膜26的形成方法，并不限定于热氧化，例如也可以是CVD(ChemicalVapor Deposition：化学气相沉积)。

另外，在基座2的下表面2b侧形成有与振动元件4电连接的集成电路6。这样，通过在基座2上形成集成电路6，能够有效利用基座2。特别是，通过在下表面2b侧形成集成电路6，与如后述的第二实施方式那样在上表面2a侧形成集成电路6的情况相比，能够与没有与盖3的接合区域相应地确保集成电路6的形成空间较宽广。

此外，在集成电路6中，例如包括：温度传感器6A，其对振动元件4的温度进行检测；温度补偿电路6B，其根据温度传感器6A的检测结果对振动元件4固有的频率温度特性进行补偿；以及振荡电路6C，其使振动元件4振荡而生成时钟信号等振荡信号。即，本实施方式的振动器件1是温度补偿型的振动器件。由此，成为具有较高的频率稳定性的振动器件1。此外，集成电路6还包括电源电路、输出缓冲器等。但是，作为集成电路6的结构，没有特别限定。

在下表面2b形成有由布线层62、绝缘层63、钝化膜64以及端子层65层叠而成的层叠体60。而且，经由布线层62所包含的布线而使形成在下表面2b上的未图示的多个有源元件电连接，从而构成集成电路6。另外，端子层65具有与集成电路6电连接的多个安装端子650。在振动器件1中，经由该安装端子650进行集成电路6与外部装置的连接。

此外，在图示的结构中，在层叠体60中包含1个布线层62，但并不限定于此，也可以是多个布线层62隔着绝缘层63层叠。即，布线层62和绝缘层63也可以交替地层叠多次。由此，例如，能够提高集成电路6内的布线的引绕、多个安装端子650的设置的自由度。

另外，在基座2上形成有在厚度方向上贯通基座2的一对贯通孔21、22。在各贯通孔21、22内填充有金属材料等导电性材料，形成贯通电极210、220。此外，在基座2的上表面2a上配置有与振动元件4电连接的一对布线28、29。布线28经由贯通电极210与集成电路6电连接，布线29经由贯通电极220与集成电路6电连接。

盖3与基座2同样是硅基板。由此，基座2与盖3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而形成振动器件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3，没有特别限定，也可以使用硅以外的半导体基板，例如Ge、GaP、GaAs、InP等半导体基板。

另外，盖3是箱状，具有上表面3a、下表面3b、以及在下表面3b开口且在内部收纳振动元件4的有底的收纳凹部31。这样的盖3在其下表面3b经由金属层7与基座2的上表面2a接合。通过将基座2和盖3经由金属层7接合，能够将它们牢固地且紧密地接合。因此，能够提高封装10的强度，并且能够提高收纳部S的气密性。

另外，盖3经由金属层7与基座2电连接。如上所述，在振动器件1的使用时，基座2接地，因此盖3也同样地接地。因此，封装10整体作为屏蔽件发挥功能，能够降低来自外部的电磁噪声的影响。因此，成为可靠性较高的振动器件1。

另外，在盖3的内表面即收纳凹部31的底面311以及侧面312分别配置有具有比盖3的放射率高的放射率的放射层8。由此，放射层8吸收收容部S内的热(主要是来自集成电路6的辐射热)，能够有效地将吸收的热从盖3释放到外部。因此，成为振动元件4的温度更稳定、频率偏差更小、具有更高精度的振荡特性的振动器件1。特别是，通过不仅在底面311，还在侧面312也配置放射层8，能够发挥更高的散热效果。

本申请说明书中的“放射率”的定义基于JIS Z8117，该放射率例如能够通过基于JIS R1801的利用FTIR(傅立叶变换型红外分光光度计)的分光放射率测定方法来测定。

另外，作为盖3的构成材料的硅在常温下的放射率为约0.2，因此放射层8在常温下的放射率只要高于该放射率即可，优选为0.5以上。由此，能够更高效地将收纳部S内的热从盖3释放到外部，成为具有更高精度的振荡特性的振动器件1。

这样的放射层8的构成材料优选至少包含氧化铜(0.87)、氧化钛(0.51～0.61)、氧化硅(0.65～0.9)、氮化硅(0.75～0.9)、玻璃材料(0.91～0.94)、氮化铝(0.93)、氧化镍(0.31～0.46)、铂黑(0.93)中的任意种。需要说明的是，括号内的数值表示各自的放射率。其中，特别是氧化铜、氧化钛、氧化硅、氮化硅、氮化铝分别是容易用于半导体工艺的材料，因此通过使用这些材料，振动器件1的制造变得容易。另外，氧化镍、铂黑分别是容易用于溅射的材料，因此通过使用这些材料，振动器件1的制造变得容易。

另外，作为放射层8的构成材料，与氧化硅、氮化硅等硅系材料相比，优选使用氧化铜、氧化钛、氮化铝、氧化镍、铂黑等金属系材料。金属系材料与硅系材料相比导热率高，能够发挥更高的散热效果。

此外，在本实施方式中，在收纳凹部31的底面311以及侧面312双方配置有放射层8，但并不限定于此，例如，既可以仅在底面311配置放射层8，也可以仅在侧面312配置放射层8。

封装10内的收纳部S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4的振荡特性提高。但是，收容部S的气氛没有特别限定，例如可以是封入有氮或Ar等惰性气体的气氛，也可以不是减压状态而是大气压状态或加压状态。

如图2所示，振动元件4具有振动基板41和配置于振动基板41的表面的电极42。振动基板41具有厚度剪切振动模式，在本实施方式中由AT切石英基板形成。AT切石英基板由于具有三次的频率温度特性，因此成为具有优异的温度特性的振动元件4。此外，电极42具有：激励电极421，其配置在上表面；激励电极422，其以与激励电极421对置的方式而配置在下表面。此外，电极42具有：一对端子423、424，其配置在振动基板41的下表面；布线425，其对端子423和激励电极421进行电连接；布线426，其对端子424和激励电极422进行电连接。

另外，振动元件4的结构并不限定于上述的结构。例如，振动元件4可以是被激励电极421、422夹着的振动区域从其周围突出的台面型，相反，也可以是振动区域从其周围凹陷的反台面型。另外，也可以实施对振动基板41的周围进行磨削的斜面加工、使上表面和下表面为凸曲面的凸面加工。

此外，作为振动元件4，并不限定于以厚度剪切振动模式进行振动的元件，例如，也可以是如音叉型的振动元件那样多个振动臂在面内方向上进行弯曲振动的元件。即，振动基板41并不限定于由AT切石英基板形成的基板，也可以由AT切石英基板以外的石英基板、例如X切石英基板、Y切石英基板、Z切石英基板、BT切石英基板、SC切石英基板、ST切石英基板等形成。

此外，作为振动基板41的构成材料，并不限定于石英，例如，既可以由铌酸锂、钽酸锂、四硼酸锂、硅酸镓镧、铌酸钾、磷酸镓等的压电单晶体构成，也可以由这些以外的压电单晶体构成。此外，振动元件4不限于压电驱动型的振动片，也可以是使用静电力的静电驱动型的振动片。

这种振动元件4经由一对金属凸块81、82而与基座2的上表面2a接合，并且与布线28、29电连接。金属凸块81、82例如是柱形凸块、镀覆凸块等。金属凸块81、82例如通过超声波接合与布线28、29接合，通过热压接与端子423、424接合。但是，接合方法没有特别限定。例如，也可以用金属凸块进行一方的连接，用金属线进行另一方的连接。另外，作为接合部件，也可以代替金属凸块81、82而使用导电性的粘接剂。

以上，对振动器件1进行了说明。如上所述，这样的振动器件1具有：振动元件4；基座2，其具有处于正反关系的作为第一面的上表面2a和作为第二面的下表面2b，在上表面2a侧配置有振动元件4；集成电路6，其配置于基座2；盖3，其具有作为与振动元件4对置的内表面的底面311和与底面311处于正反关系的作为外表面的上表面3a，以收纳振动元件4的方式与基座2接合；以及放射层8，其配置于盖3的底面311，具有比盖3的放射率高的放射率。由此，放射层8吸收收容部S内的热，吸收的热从盖3向外部高效地放出。因此，成为振动元件4的温度更稳定、频率偏差更小、具有更高精度的振荡特性的振动器件1。

另外，如上所述，基座2和盖3分别是硅基板。由此，基座2和盖3能够分别发挥较高的散热性。因此，成为振动元件4的温度更稳定、频率偏差更小、具有更高精度的振荡特性的振动器件1。

另外，如上所述，放射层8的常温下的放射率优选为0.5以上。由此，能够更高效地将收纳部S内的热从盖3释放到外部，成为具有更高精度的振荡特性的振动器件1。

另外，如上所述，放射层8的构成材料优选至少包含氧化铜、氧化钛、氧化硅、氮化硅、玻璃材料、氮化铝、氧化镍、铂黑中的任意种。由此，放射层8的形成变得容易。

另外，如上所述，盖3具有将所述内表面作为底面311来收纳振动元件4的收纳凹部31，放射层8也配置于收纳凹部31的侧面312。由此，放射层8的面积增加，放射层8的效果变得更显著。因此，成为振动元件4的温度更稳定、频率偏差更小、具有更高精度的振荡特性的振动器件1。

<第二实施方式>

图3是表示第二实施方式的振动器件的剖视图。

本实施方式主要除了集成电路6的配置不同以外，与上述的第一实施方式相同。在以下的说明中，关于本实施方式，以与前述的实施方式的不同点为中心进行说明，关于同样的事项，省略其说明。另外，在本实施方式的各图中，对与上述的实施方式相同的结构标注相同的附图标号。

如图3所示，在本实施方式的振动器件1中，集成电路6配置于基座2的上表面2a侧，并收纳于收纳部S。通过设为这样的结构，能够保护集成电路6免受水分、尘埃的影响。因此，能够提高振动器件1的可靠性。进而，与前述的第一实施方式相比，集成电路6的热容易蓄积在收容部S内，因此放射层8的效果变得更显著。

在本实施方式的情况下，在集成电路6上搭载有振动元件4，在端子层65中包含经由金属凸块81、82与振动元件4电连接的布线651、652。另外，在基座2的下表面2b侧配置有经由贯通电极210、220与集成电路6电连接的外部端子25。

如上所述，在本实施方式的振动器件1中，集成电路6配置在基座2的作为第一面的上表面2a侧。由此，集成电路6的热容易蓄积在收容部S内，放射层8的效果变得更显著。

根据以上那样的第二实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。

<第三实施方式>

图4是表示第三实施方式的振动器件的剖视图。

本实施方式除了主要在盖3的外表面也配置有放射层8以外，与上述的第一实施方式相同。在以下的说明中，关于本实施方式，以与前述的实施方式的不同点为中心进行说明，关于同样的事项，省略其说明。另外，在本实施方式的各图中，对与上述的实施方式相同的结构标注相同的附图标号。

如图4所示，在本实施方式的振动器件1中，在作为盖3的外表面的上表面3a也配置有放射层8。由此，通过配置于底面311的放射层8吸收收容部S内的热，能够将该吸收的热从配置于上表面3a的放射层8高效地放出。因此，成为振动元件4的温度更加稳定、频率偏差较小、具有高精度的振荡特性的振动器件1。此外，在本实施方式中，放射层8配置于上表面3a的整个区域，但并不限定于此，也可以仅配置于上表面3a的一部分。

根据以上那样的第三实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。

<第四实施方式>

图5是表示第四实施方式的振动器件的剖视图。图6是表示形成于盖的上表面的凹部的俯视图。图7至图11分别是表示凹部的变形例的俯视图。

本实施方式主要除了在盖3的上表面3a形成有凹部32以外，与上述的第一实施方式相同。在以下的说明中，关于本实施方式，以与前述的实施方式的不同点为中心进行说明，关于同样的事项，省略其说明。另外，在本实施方式的各图中，对与上述的实施方式相同的结构标注相同的附图标号。

如图5所示，在本实施方式的振动器件1中，形成有在上表面3a开口的凹部32。通过形成凹部32，盖3的表面积增加，散热性提高。因此，从集成电路6产生的热量被迅速地释放，从而有效地抑制了收纳于内部的振动元件4的温度变动。另外，还能够有效地抑制与环境温度变化相伴的振动元件4的温度变动。因此，振动元件4的温度稳定，因此成为频率偏差小且具有精度高的振荡特性的振动器件1。特别是，通过与放射层8的协同效果，上述效果变得显著。

以下，对凹部32进行具体说明。以下，为了便于说明，将沿着封装10的宽度方向的方向设为第一方向，将沿着封装10的长度方向的方向设为第二方向。即，在本实施方式中，第一方向与第二方向正交。但是，第一方向与第二方向交叉即可，不需要正交。

如图6所示，凹部32具有沿着第一方向延伸的多个第一凹部321。另外，多个第一凹部321在第二方向上等间隔地排列配置。并且，凹部32具有沿着第二方向延伸的多个第二凹部322。另外，多个第二凹部322在第一方向上等间隔地排列配置。因此，凹部32呈格子状。根据这样的结构，能够以简单的结构进一步增大盖3的表面积，能够发挥优异的散热性。

另外，各第一凹部321以及各第二凹部322分别为直线状。由此，能够使用切割刀具形成第一凹部321、第二凹部322，凹部32的形成变得容易。但是，第一凹部321和第二凹部322的形状没有特别限定，例如也可以呈波状蜿蜒。另外，凹部32的形成方法也没有特别限定，例如也可以通过蚀刻、喷砂等形成。

但是，作为凹部32的结构，没有特别限定。例如，如图7所示，第二凹部322也可以是1个。另外，如图8所示，也可以是省略第二凹部322，凹部32是仅具有多个第一凹部321的结构。另外，如图9所示，也可以是凹部32仅具有1个第一凹部321的结构。通过这样的结构的凹部32，也与本实施方式同样地成为容易形成的凹部32。

另外，例如，如图10所示，也可以是凹部32具有同心地配置的圆环状的多个凹部323的结构，如图11所示，也可以是凹部32具有蜿蜒状的凹部324的结构。

另外，如图5所示，作为盖3的内表面即收纳凹部31的底面311与凹部32的底面之间的部分33的厚度T，没有特别限定，例如，在封装10的俯视尺寸为长度L＝1.mm以下、宽度W＝1.2mm以下的情况下，该厚度T优选为10μm以上。由此，部分33相对于封装10的尺寸足够厚，能够抑制由封装10的内外的压力差引起的部分33的挠曲。因此，成为具有充分的机械强度的振动器件1。

如上所述，在本实施方式的振动器件1中，盖3具有在上表面3a开口的凹部32。通过形成凹部32，盖3的表面积增加，散热性提高。因此，能够有效地抑制振动元件4的温度变动。

另外，如上所述，凹部32具有沿着第一方向延伸的直线状的第一凹部321。由此，凹部32的形成变得容易。

另外，如上所述，凹部32具有沿着与第一方向不同的第二方向延伸且与第一凹部321交叉的直线状的第二凹部322。由此，凹部32的形成变得容易。

根据以上那样的第四实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。此外，在本实施方式中，在盖3的上表面3a的整个区域形成有凹部32，但并不限定于此，也可以仅形成于上表面3a的一部分。

<第五实施方式>

图12是表示第五实施方式的振动器件的剖视图。

本实施方式主要除了封装10的结构不同以外，与上述的第一实施方式相同。在以下的说明中，关于本实施方式，以与前述的实施方式的不同点为中心进行说明，关于同样的事项，省略其说明。另外，在本实施方式的各图中，对与上述的实施方式相同的结构标注相同的附图标号。

如图12所示，在本实施方式的振动器件1中，基座2由陶瓷基板构成，盖3由可伐合金等金属基板构成。由此，成为具有高机械强度的封装10。另外，集成电路6形成为与基座2分体的IC芯片。

另外，基座2具有在上表面2a开口的凹部27，盖3以堵塞凹部27的开口的方式经由金属层7与基座2的上表面2a接合。另外，凹部27具有在上表面2a开口的第一凹部271和在第一凹部271的底面开口且比第一凹部271小的第二凹部272。并且，在第二凹部272的底面固定有集成电路6，在第一凹部271的底面经由金属凸块81、82固定有振动元件4。另外，振动元件4和集成电路6经由形成于基座2的内部的未图示的内部布线而电连接。

另外，在盖3的内表面即下表面配置有放射层8。作为盖3的构成材料的可伐合金在常温下的放射率为0.05左右，因此放射层8的放射率比其高即可，优选为0.5以上。由此，能够更高效地将收纳部S内的热从盖3释放到外部，成为具有更高精度的振荡特性的振动器件1。此外，作为放射层8的构成材料，例如能够使用与上述的第一实施方式相同的材料。

根据以上那样的第四实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。此外，放射层8不仅能够配置于盖3的下表面，也能够配置于外表面即上表面。

以上，根据图示的实施方式对本发明的振动器件进行了说明，但本发明并不限定于此，各部分的结构能够置换为具有相同功能的任意结构。另外，也可以对本发明附加其他任意的构成物。另外，也可以适当组合各实施方式。

Claims (10)

1.一种振动器件，其特征在于，该振动器件具有：

振动元件；

基座，其具有处于正反关系的第一面和第二面，所述振动元件配置在该基座的所述第一面侧；

集成电路，其配置于所述基座；

盖，其具有与所述振动元件对置的内表面和与所述内表面处于正反关系的外表面，所述盖以收纳所述振动元件的方式与所述基座接合；以及

放射层，其配置于所述盖的所述内表面，具有比所述盖的放射率高的放射率。

2.根据权利要求1所述的振动器件，其中，

所述基座和所述盖分别是硅基板。

3.根据权利要求2所述的振动器件，其中，

所述放射层的常温下的放射率为0.5以上。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的振动器件，其中，

所述放射层的构成材料至少包含氧化铜、氧化钛、氧化硅、氮化硅、玻璃材料、氮化铝、氧化镍、铂黑中的任一种。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的振动器件，其中，

所述盖具有以所述内表面为底面而收纳所述振动元件的收纳凹部，

所述放射层还配置于所述收纳凹部的侧面。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的振动器件，其中，

所述放射层还配置于所述盖的所述外表面。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的振动器件，其中，

所述集成电路配置在所述基座的所述第一面侧。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的振动器件，其中，

所述盖具有在所述外表面开口的凹部。

9.根据权利要求8所述的振动器件，其中，

所述凹部具有沿着第一方向延伸的直线状的第一凹部。

10.根据权利要求9所述的振动器件，其中，

所述凹部具有沿着与所述第一方向不同的第二方向延伸且与所述第一凹部交叉的直线状的第二凹部。

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