JP2016085182A - 電子デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

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Abstract

【課題】物理量の検出精度の低下を低減することのできる電子デバイス、電子機器および移動体を提供する。
【解決手段】電子デバイス1は、検出信号電極および駆動信号電極を有する振動素子6と、振動素子6に対向配置されているIC3と、IC3と振動素子6との間に位置し、駆動信号電極に電気的に接続されている第1配線と、第1配線よりも振動素子6側に位置し、定電位(グランド)に電気的に接続されているシールド配線742と、を有している。
【選択図】図6

Description

本発明は、電子デバイス、電子機器および移動体に関するものである。
従来から、角速度を検出するための電子デバイスとして、特許文献1のような電子デバイスが知られている。特許文献1に記載の電子デバイスは、半導体基板と、半導体基板の能動面側に配置された応力緩和層と、応力緩和層上に配置された配線と、この配線と電気的に接続されるように応力緩和層上に設けられた振動素子と、を有している。このように、半導体基板上に応力緩和層を介して振動素子を配置することで、電子デバイスの低背化を図ることができる。しかしながら、このような電子デバイスでは、振動素子が有する電極と、応力緩和層上の配線との間に静電容量が生じ、これに起因したノイズが発生してしまう。そのため、特許文献1の電子デバイスでは、角速度の検出精度が低下してしまうという問題がある。
特開2012−79751号公報
本発明の目的は、物理量の検出精度の低下を低減することのできる電子デバイス、電子機器および移動体を提供することにある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]
本適用例の電子デバイスは、振動体と、前記振動体に配置されている電極と、を有する振動素子と、
前記振動素子に対向配置されている基板と、
前記基板と前記振動素子との間に位置し、前記電極とは異なる電位に電気的に接続される第1配線と、
前記第1配線よりも前記振動素子側に位置し、定電位に電気的に接続される第1シールド配線と、を有していることを特徴とする。
これにより、物理量の検出精度の低下を低減することのできる電子デバイスを提供することができる。
[適用例2]
本適用例の電子デバイスでは、前記振動体は、駆動振動部および検出振動部を有し、
前記駆動振動部には、前記第1配線と電気的に接続されている駆動信号電極が配置され、
前記検出振動部には、前記電極としての検出信号電極が配置されていることが好ましい。
これにより、検出信号電極や駆動信号電極へのノイズの混入が低減される。
[適用例3]
本適用例の電子デバイスでは、前記振動体は、駆動振動部および検出振動部を有し、
前記駆動振動部には、前記電極としての駆動信号電極が配置され、
前記検出振動部には、前記第1配線と電気的に接続されている検出信号電極が配置されていることが好ましい。
これにより、検出信号電極や駆動信号電極へのノイズの混入が低減される。
[適用例4]
本適用例の電子デバイスでは、前記第1シールド配線は、接地されることが好ましい。
これにより、装置構成が簡単となる。
[適用例5]
本適用例の電子デバイスでは、前記第1配線よりも前記基板側に位置し、前記第1配線とは異なる電位に電気的に接続されている第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線との間に位置し、定電位に電気的に接続されている第2シールド配線と、を有していることが好ましい。
これにより、物理量の検出精度の低下をより低減することができる。
[適用例6]
本適用例の電子機器は、上記適用例の電子デバイスを備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
[適用例7]
本適用例の移動体は、上記適用例の電子デバイスを備えていることを特徴とする移動体。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
本発明の第1実施形態にかかる電子デバイスを示す断面図である。 図1に示す電子デバイスが有するICの断面図である。 図1に示す電子デバイスが有する振動素子の平面図である。 図3に示す振動素子の電極配置を示す図であり、(a)が上面図、(b)が透過図である。 図3に示す振動素子の動作を説明する模式図である。 図1に示す電子デバイスが有する応力緩和層の断面図である。 図6に示す応力緩和層の平面図である。 図6に示す応力緩和層の平面図である。 シールド配線の効果を説明するための断面図である。 本発明の第2実施形態に係る電子デバイスが有する応力緩和層の断面図である。 図10に示す応力緩和層の平面図である。 図10に示す応力緩和層の平面図である。 図10に示す応力緩和層の平面図である。 シールド配線の効果を説明するための断面図である。 本発明の第3実施形態に係る電子デバイスが有するICの断面図である。 本発明の第4実施形態に係る電子デバイスが有する振動素子の平面図である。 本発明の第5実施形態に係る電子デバイスを示す斜視図である。 図17に示す電子デバイスの平面図である。 図17に示す電子デバイスの変形例を示す平面図である。 本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。 本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の電子デバイスを備える移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。
以下、本発明の電子デバイス、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態にかかる電子デバイスを示す断面図である。図2は、図1に示す電子デバイスが有するICの断面図である。図3は、図1に示す電子デバイスが有する振動素子の平面図である。図4は、図3に示す振動素子の電極配置を示す図であり、(a)が上面図、(b)が透過図である。図5は、図3に示す振動素子の動作を説明する模式図である。図6は、図1に示す電子デバイスが有する応力緩和層の断面図である。図7および図8は、それぞれ、図6に示す応力緩和層の平面図である。図9は、シールド配線の効果を説明するための断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1の上側を「上側」とも言い、下側を「下側」とも言う。また、図1に示すように、互いに直交する3軸をX軸、Y軸およびZ軸とし、電子デバイスの厚さ方向がZ軸と一致するものとする。
図1に示す電子デバイス1は、Z軸まわりの角速度ωzを検出することのできる角速度センサーである。このような電子デバイス1は、内部に収容空間Sを有するパッケージ2と、収容空間Sに収容されたIC3と、IC3上に配置された応力緩和層7と、応力緩和層7上に配置された振動素子6と、を有している。
以下、これら各部について順に説明する。
≪パッケージ≫
パッケージ2は、上面に開口する凹部211を有する箱状のベース21と、凹部211の開口を塞ぐ板状のリッド22と、ベース21とリッド22との間に介在し、これらを接合するシームリング23と、を有している。そして、凹部211の開口がリッド22で塞がれることにより形成された収容空間S内にIC3および振動素子6が収納されている。なお、収容空間Sの雰囲気としては、特に限定されないが、例えば、真空状態(10Pa以下の減圧状態)とされる。これにより、粘性抵抗が低減され、振動素子6を効率的に駆動することができる。
−ベース21−
ベース21は、略正方形の平面視形状を有している。また、凹部211は、ベース21の上面に開口する第1凹部211aと、第1凹部211aの底面の縁部を除く中央部に開口する第2凹部211bと、を有している。なお、ベース21の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、長方形や円形であってもよい。このようなベース21は、例えば、酸化アルミニウム質、窒化アルミニウム質、炭化珪素質、ムライト質、ガラス・セラミック質等のセラミックグリーンシートを複数枚積層したものを焼結することで形成することができる。
また、第1凹部211aの底面にはボンディングワイヤーBWを介してIC3と電気的に接続された複数の内部端子241が配置されており、ベース21の底面には複数の外部端子242が配置されている。そして、内部端子241と外部端子242とがベース21に配置された図示しない内部配線等を介して電気的に接続されている。このような内部端子241および外部端子242の構成としては、特に限定されないが、例えば、タングステン(W)、モリブテン(Mo)、マンガン(Mg)等からなる下地層に、金(Au)などのめっき金属層を被覆した構成とすることができる。
リッド22は、板状であり、シームリング23を介してベース21の上面に接合されている。リッド22の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、コバール等の合金を用いることが好ましい。なお、リッド22は、例えば、シームリング23を介してグランド配線と電気的に接続されていてもよい。これにより、リッド22をパッケージ2の外部からのノイズを遮断するシールド部として機能させることができる。
≪IC≫
IC3は、第2凹部211bの底面に銀ペースト等によって固定されている。このIC3には、例えば、外部のホストデバイスと通信を行うインターフェース部3iと、振動素子6を駆動し、振動素子6に加わった角速度ωzを検出する駆動/検出回路3zと、が含まれている。
また、IC3は、例えば、図2に示すように、トランジスタ等の回路要素が設けられた能動面311を有するシリコン基板(基板)31と、シリコン基板31の能動面311に積層された配線層32と、配線層32上に配置されたパッシベーション膜38とを有している。また、配線層32は、シリコン基板31上に配置された第1絶縁層321と、第1絶縁層321上に配置された第1配線層322と、第1絶縁層321および第1配線層322上に配置された第2絶縁層323と、第2絶縁層323上に配置された第2配線層324と、第2絶縁層323および第2配線層324上に配置された第3絶縁層325と、第3絶縁層325上に配置された第3配線層326と、第3絶縁層325および第3配線層326上に配置された第4絶縁層327と、第4絶縁層327上に配置された第4配線層328と、を有している。ただし、配線層32の構成としては、これに限定されず、例えば、絶縁層や配線層の積層数は、3以下であってもよいし、5以上であってもよい。
また、IC3は、上面に複数の接続端子37、39を有しており、接続端子37が応力緩和層7を介して振動素子6と電気的に接続され、接続端子39がボンディングワイヤーBWを介して内部端子241と電気的に接続されている。これにより、IC3は、振動素子6との間で信号を送受信することができると共に、外部端子242を介してホストデバイスと通信を行うことができる。なお、IC3の通信方式としては、特に限定されず、例えば、SPI(登録商標)(Serial Peripheral Interface)や、IC(登録商標)(Inter-Integrated Circuit)を用いることができる。また、IC3は、通信方式を選択するセレクト機能を有し、通信方式をSPIおよびICの中から選択できるようになっていてもよい。これにより、複数の通信方式に対応した利便性の高い電子デバイス1となる。
≪振動素子≫
振動素子6は、図3および図4に示すように、水晶からなる振動片60と、振動片60の配置された電極と、を有している。ただし、振動片60の材料としては、水晶に限定されず、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料を用いることもできる。
振動片60は、水晶の結晶軸であるx軸(電気軸)およびy軸(機械軸)で規定されるxy平面に広がりを有し、z軸(光軸)方向に厚みを有する板状をなしている。このような振動片60は、基部61と、基部61からy軸方向両側に延出する一対の検出振動部としての検出振動腕621、622と、基部61からx軸方向両側へ延出する一対の連結腕631、632と、連結腕631の先端部からy軸方向両側に延出する一対の駆動振動部としての駆動振動腕641、642と、連結腕632の先端部からy軸方向両側に延出する一対の駆動振動部としての駆動振動腕643、644と、基部61を支持する一対の支持部651、652と、支持部651と基部61とを連結する一対の梁部661、662と、支持部652と基部61とを連結する一対の梁部663、664と、を有している。なお、このような振動片60では、基部61、検出振動腕621、622、連結腕631、632および駆動振動腕641〜644で振動体600が構成されている。
また、検出振動腕621、622の両主面(上面および下面)にはy軸方向に沿って延在する溝が形成されており、検出振動腕621、622は、略H状の横断面形状を有している。また、検出振動腕621、622および駆動振動腕641、642、643、644の先端部には幅広のハンマーヘッドが設けられている。なお、振動片60の構成としては、これに限定されず、例えば、検出振動腕621、622から溝を省略してもよいし、検出振動腕621、622および駆動振動腕641、642、643、644からハンマーヘッドを省略してもよい。また、駆動振動腕641、642、643、644の両主面に溝を形成して、略H状の横断面形状としてもよい。
次に、振動片60に配置された電極について説明する。図4に示すように、電極は、検出信号電極671aおよび検出信号端子671bと、検出接地電極672aおよび検出接地端子672bと、駆動信号電極673aおよび駆動信号端子673bと、駆動接地電極674aおよび駆動接地端子674bと、を有している。なお、図4では、説明の便宜上、検出信号電極671aおよび検出信号端子671b、検出接地電極672aおよび検出接地端子672b、駆動信号電極673aおよび駆動信号端子673b、駆動接地電極674aおよび駆動接地端子674bを、それぞれ、異なるハッチングで図示している。また、振動片60の側面に形成されている電極、配線、端子等を太線で図示している。
−駆動信号電極および駆動信号端子−
駆動信号電極673aは、駆動振動腕641、642の上面および下面と、駆動振動腕643、644の両側面と、に配置されている。このような駆動信号電極673aは、駆動振動腕641〜644の駆動振動を励起させるための電極である。
駆動信号端子673bは、支持部652の−X軸側の端部に配置されている。また、駆動信号端子673bは、梁部664に配置された駆動信号配線を介して、駆動振動腕641〜644に配置された駆動信号電極673aと電気的に接続されている。
−駆動接地電極および駆動接地端子−
駆動接地電極674aは、駆動振動腕643、644の上面および下面と、駆動振動腕641、642の両側面と、に配置されている。このような駆動接地電極674aは、駆動信号電極673aに対して定電位(基準電位)となる電位を有する。
駆動接地端子674bは、支持部651の−X軸側の端部に配置されている。また、駆動接地端子674bは、梁部662に配置された駆動接地配線を介して、駆動振動腕641〜644に配置された駆動接地電極674aと電気的に接続されている。
このように駆動信号電極673aおよび駆動信号端子673bと、駆動接地電極674aおよび駆動接地端子674bを配置することで、駆動信号端子673bと駆動接地端子674bとの間に駆動信号を印加することで、駆動振動腕641〜644に配置された駆動信号電極673aと駆動接地電極674aとの間に電界を生じさせ、駆動振動腕641〜644を駆動振動させることができる。
−検出信号電極および検出信号端子−
検出信号電極671aは、検出振動腕621、622の上面および下面(溝の内面)に配置されている。このような検出信号電極671aは、検出振動腕621、622の検出振動が励起されたときに、この検出振動によって発生する電荷を検出するための電極である。
検出信号端子671bは、支持部651、652に1つずつ配置されている。支持部651に配置された検出信号端子671bは、支持部651の+x軸側の端部に配置されており、梁部661に形成された検出信号配線を介して、検出振動腕621に配置された検出信号電極671aと電気的に接続されている。一方、支持部652に配置された検出信号端子671bは、支持部652の+X軸側の端部に配置されており、梁部663に配置された検出信号配線を介して、検出振動腕622に配置された検出信号電極671aと電気的に接続されている。
−検出接地電極および検出接地端子−
検出接地電極672aは、検出振動腕621、622の両側面に配置されている。このような検出接地電極672aは、検出信号電極671aに対して定電位(基準電位)となる電位を有する。
検出接地端子672bは、支持部651、652にそれぞれ配置されている。支持部651に配置されている検出接地端子672bは、支持部651の中央部に配置されており、梁部662に配置された検出接地配線を介して、検出振動腕621に配置された検出接地電極672aと電気的に接続されている。一方、支持部652に配置されている検出接地端子672bは、支持部652の中央部に配置されており、梁部664に配置された検出接地配線を介して、検出振動腕622に配置された検出接地電極672aと電気的に接続されている。
以上のように検出信号電極671aおよび検出信号端子671bと、検出接地電極672aおよび検出接地端子672bと、を配置することで、検出振動腕621に生じた検出振動は、検出振動腕621に配置された検出信号電極671aと検出接地電極672aとの間の電荷として現れ、支持部651に配置された検出信号端子671bと検出接地端子672bとの間から信号として取り出すことができる。また、検出振動腕622に生じた検出振動は、検出振動腕622に配置された検出信号電極671aと検出接地電極672aとの間の電荷として現れ、支持部652に配置された検出信号端子671bと検出接地端子672bとの間から信号として取り出すことができる。
以上のような電極の構成としては、導電性を有していれば特に限定されないが、例えば、Cr(クロム)、W(タングステン)などのメタライズ層(下地層)に、Ni(ニッケル)、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)などの各被膜を積層した金属被膜で構成することができる。
このような振動素子6は、支持部651、652において応力緩和層7に固定されている。また、振動素子6の応力緩和層7への固定は、導電性の固定部材(接続部材)8を用いて行われており、固定部材8および応力緩和層7を介して、振動素子6とIC3とが電気的に接続されている。固定部材8としては、特に限定されず、例えば、金属ろう材、金属バンプ、導電性接着剤等を用いることができる。
次に、振動素子6の作動について説明する。
振動素子6に角速度が加わらない状態において、駆動信号端子673bと駆動接地端子674bとの間に駆動信号を印加することで駆動信号電極673aと駆動接地電極674aとの間に電界が生じると、図5(a)に示すように、各駆動振動腕641、642、643、644が矢印Aに示す方向に屈曲振動を行う。このとき、駆動振動腕641、642と駆動振動腕643、644とが基部61に対して対称の振動を行っているため、検出振動腕621、622は、ほとんど振動しない。
この駆動振動を行っている状態で、振動素子6に角速度ωzが加わると、図5(b)に示すような検出振動が励振される。具体的には、駆動振動腕641〜644および連結腕631、632に矢印B方向のコリオリの力が働き、新たな振動が励起される。また、この矢印Bの振動に呼応して、検出振動腕621、622には、矢印C方向の検出振動が励起される。そして、この振動により検出振動腕621、622に発生した電荷を検出信号電極671aと検出接地電極672aとから信号として取り出し、検出信号端子671bと検出接地端子672bとの間からIC3に送信される。そして、この信号をIC3で処理することで、角速度ωzが求められる。
≪応力緩和層≫
応力緩和層7は、図6に示すように、IC3と振動素子6の間に位置し、IC3の上面に設けられている。応力緩和層7を設けることで、パッケージ2が受けた衝撃が緩和され、前記衝撃が振動素子6に伝達され難くなる。また、IC3と振動素子6との間の熱膨張差に起因して発生する応力が緩和され、振動素子6が撓み難くなる。そのため、電子デバイス1の機械的強度を高めることができると共に、より精度よく角速度ωzを検出することができる。
このような応力緩和層7は、IC3の上面(パッシベーション膜38上)に積層された第1絶縁層71と、第1絶縁層71上に配置された第1配線層72と、第1絶縁層71および第1配線層72上に配置された第2絶縁層73と、第2絶縁層73上に配置された第2配線層74と、を有している。
また、第1、第2絶縁層71、73は、それぞれ、弾性を有している。そのため、上述したような衝撃の緩和を図ることができる。このような第1、第2絶縁層71、73の構成材料としては特に限定されないが、例えば、ポリイミド、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、変性ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾオキサゾール等の樹脂材料を用いることができる。これにより、十分な弾性を有する第1、第2絶縁層71、73を形成することができ、上記の効果をより確実に発揮することができる。
また、第2配線層74は、図7に示すように、振動素子6の支持部651、652に配置された各端子(接続電極)671b〜674bに対向するように配置された6つの端子(接続パッド)741を有している。そして、各端子741に、固定部材8を介して振動素子6が固定されている。一方、第1配線層72は、図8に示すように、第2配線層74の各端子741とIC3の接続端子37とを電気的に接続する配線部721を有している。これにより、固定部材8および応力緩和層7を介してIC3と振動素子6とが電気的に接続され、これらの間で信号の送受信を行うことができる。このように、第1、第2配線層72、74は、IC3と振動素子6とを電気的に接続するための配線(再配置配線)として機能する。そのため、例えば、IC3の接続端子37を振動素子6の各端子671b〜674bの位置を考慮することなく自由に配置することができる。したがって、電子デバイス1の設計の自由度が向上する。
また、第2配線層74は、端子741の他に、シールド配線(第1シールド配線)742を有している。シールド配線742は、端子741の配置を阻害しない限りに第2絶縁層73上に広がって配置されている。また、シールド配線742は、定電位、特に本実施形態ではグランドに電気的に接続されている。ここで、定電位とは、グランド電位、または一定の電位に固定された電位のことを意味する。このようなシールド配線742は、振動素子6と配線部721との間に位置し、振動素子6が有する電極と配線部721との容量結合(振動素子6が有する電極と配線部721との間の静電容量)を低減するシールド層として機能する。そのため、シールド配線742を配置することで、S/N比が向上し、角速度をより高精度に検出することのできる電子デバイス1となる。また、ノイズに温度特性がある場合でも、このノイズ事態を低減することができるので、温度特性に優れた電子デバイス1となる。
より具体的に説明すると、図9(a)に示すように、振動素子6が有する検出信号電極671aと、第1配線層72が有し、駆動信号端子673bと電気的に接続されている配線部(第1配線)721aとの間にシールド配線742が配置されている。そのため、配線部721aから検出信号電極671aへのノイズの混入が低減され、より正確な検出信号をIC3に送信することができる。同様に、図9(b)に示すように、振動素子6が有する駆動信号電極673aと、第1配線層72が有し、検出信号端子671bと電気的に接続されている配線部(第1配線)721bとの間にシールド配線742が配置されている。そのため、駆動信号電極673aから配線部721bへのノイズの混入が低減され、より正確な検出信号をIC3に送信することができる。このように、シールド配線742を配置することにより、角速度をより高精度に検出することのできる電子デバイス1となる。
ここで、シールド配線742をグランドに接続する方法は、特に限定されない。例えば、IC3に含まれているグランド配線と電気的に接続してもよい。この方法によれば、IC3に元々配置されている配線を利用することができるため、装置の複雑化(大型化)を伴わない点で有効である。
また、別の方法として、IC3の上面(第4配線層328)にシールド配線742をグランドと接続するための専用配線を設け、この専用配線にシールド配線742を電気的に接続すると共に、専用配線とグランド用の内部端子241とをボンディングワイヤーBWによって電気的に接続してもよい。このような方法によれば、IC3の内部の配線を介さずに、シールド配線742をグランドに接続することができるため、シールド配線742までのインピーダンスを低減することができる。そのため、シールド配線742のシールド効果をより高めることができる。なお、この方法では、グランド用の内部端子241を、IC3と共用してもよいし、IC3用の内部端子241と、シールド配線742用の内部端子241とを別々に設けてもよいが、共用とすることが好ましい。これにより、部品の増加を防ぐことができ、装置の大型化や信頼性の低下を防ぐことができる。
また、別の方法として、シールド配線742をIC3内の配線やIC3上の配線を介さずに、パッケージ2に設けられたグランド用の内部端子241にボンディングワイヤー等を介して直接接続してもよい。これにより、装置構成がより簡単なものとなる。また、シールド配線742までのインピーダンスをより低減することができる。
<第2実施形態>
図10は、本発明の第2実施形態に係る電子デバイスが有する応力緩和層の断面図である。図11ないし図13は、それぞれ、図10に示す応力緩和層の平面図である。図14は、シールド配線の効果を説明するための断面図である。
以下、第2実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態は、応力緩和層の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。
本実施形態の応力緩和層7は、図10に示すように、IC3の上面(パッシベーション膜38上)に積層された第1絶縁層71と、第1絶縁層71上に配置された第1配線層72と、第1絶縁層71および第1配線層72上に配置された第2絶縁層73と、第2絶縁層73上に配置された第2配線層74と、第2絶縁層73および第2配線層74上に配置された第3絶縁層75と、第3絶縁層75上に配置された第3配線層76と、を有している。このような構成の応力緩和層7では、弾性を有する絶縁層の数が、例えば、前述した第1実施形態よりも多くなるため、衝撃緩和特性がさらに向上する。
また、第3配線層76は、図11に示すように、振動素子6の支持部651、652に配置された各端子(接続電極)671b〜674bに対向するように配置された6つの端子(接続パッド)761を有している。そして、各端子761に、固定部材8を介して振動素子6が固定されている。また、第3配線層76は、シールド配線(第1シールド配線)762を有している。シールド配線762は、端子761の配置を阻害しない限りに第3絶縁層75上に広がって配置されている。また、シールド配線762は、定電位、特に本実施形態ではグランドに電気的に接続されている。シールド配線762の効果は、前述した第1実施形態と同様である。
また、第2配線層74は、図12に示すように、端子761と電気的に接続された配線部743を有している。また、第1配線層72は、図13に示すように、第2配線層74の各配線部743とIC3の接続端子37とを電気的に接続する配線部721と、シールド配線(第2シールド配線)722と、を有している。
シールド配線722は、第2配線層74とIC3との間に位置しているため、第2配線層74とIC3との容量結合を低減するシールド配線として機能する。そのため、シールド配線762を配置することで、角速度をより高精度に検出することのできる電子デバイス1となる。より具体的に説明すると、図14(a)に示すように、第2配線層74が有し、検出信号端子671bと電気的に接続されている配線部(第1配線)743aと、IC3(配線層32)が有し、駆動信号端子673bと電気的に接続されている配線部(第2配線)32aとの間にシールド配線722が配置されているため、配線部32aから配線部743aへのノイズの混入が低減され、より正確な検出信号をIC3に送信することができる。同様に、第2配線層74が有し、駆動信号端子673bと電気的に接続されている配線部743bと、IC3(配線層32)が有し、検出信号端子671bと電気的に接続されている配線部(第2配線)32bとの間にシールド配線722が配置されているため、配線部743bから配線部32bへのノイズの混入が低減され、より正確な検出信号をIC3に送信することができる。このように、シールド配線722を配置することにより、角速度をより高精度に検出することのできる電子デバイス1となる。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第3実施形態>
図15は、本発明の第3実施形態に係る電子デバイスが有するICの断面図である。
以下、第3実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第3実施形態は、シールド配線(第2シールド配線)がIC内に配置されていること以外は、前述した第2実施形態と同様である。
図15に示すように、本実施形態の電子デバイス1では、IC3内にシールド配線(第2シールド配線)328aが配置されている。具体的には、IC3の配線層32が有する第4配線層328の一部としてシールド配線328aが設けられている。このように、IC3内にシールド配線328aを配置することで、前述した第2実施形態と同様の効果を発揮することができると共に、さらに次のような効果を発揮することができる。すなわち、IC3内にシールド配線328aを配置することで、応力緩和層7から、第2シールド配線を配置するための第1絶縁層71および第1配線層72を省略することができる。そのため、応力緩和層7をより薄くすることができ、電子デバイス1の低背化を図ることができる。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第4実施形態>
図16は、本発明の第4実施形態に係る電子デバイスが有する振動素子の平面図である。
以下、第4実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第4実施形態は、振動素子の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。
本実施形態の電子デバイス1が有する振動素子5は、所謂「H型」と呼ばれるジャイロ素子であり、Y軸まわりの角速度ωyを検出することができる。このような振動素子5は、図16に示すように、水晶からなる振動片50と、振動片50に配置された電極と、を有している。ただし、振動片50の材料としては、水晶に限定されず、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料を用いることもできる。
振動片50は、水晶の結晶軸であるx軸(電気軸)およびy軸(機械軸)で規定されるxy平面に広がりを有し、z軸(光軸)方向に厚みを有する板状をなしている。また、振動片50は、基部51と、基部51から−y軸側に並んで延出する一対の駆動振動腕521、522と、基部51から+y軸側に並んで延出する一対の検出振動腕531、532と、基部51から+y軸側に延出し、検出振動腕531、532の両側に位置する一対の調整振動腕541、542と、基部51を支持する支持部55と、基部51と支持部55とを連結する連結部56と、を有している。なお、このような振動片50では、基部51、駆動振動腕521、522、検出振動腕531、532および調整振動腕541、542で振動体500が構成されている。
このような振動素子5は、支持部55で応力緩和層7に固定されている。また、振動素子5の応力緩和層7への固定は、固定部材8を用いて行われており、固定部材8および応力緩和層7を介して、振動素子5とIC3とが電気的に接続されている。
駆動振動腕521、522には図示しない駆動信号電極が設けられており、IC3から駆動信号電極に発振駆動信号(交番電圧)を印加することで、矢印Dで示す駆動モードが励振される。そして、駆動振動腕521、522が駆動モードで振動しているときに、Y軸まわりの角速度ωyが加わると、矢印Eで示す検出モードが励振され、これにより、検出振動腕531、532が振動する。検出振動腕531、532には図示しない検出信号電極が設けられており、この検出信号電極から検出振動腕531、532の振動により生じる検出信号(電荷)が取り出される。そして、取り出された検出信号に基づいてIC3が角速度ωyを検出する。
このような第4実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第5実施形態>
図17は、本発明の第5実施形態に係る電子デバイスを示す斜視図である。図18は、図17に示す電子デバイスの平面図である。図19は、図17に示す電子デバイスの変形例を示す平面図である。
以下、第5実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第5実施形態は、振動素子を複数有すること以外は、前述した第1実施形態と同様である。
本実施形態の電子デバイス1は、3軸角速度センサーであり、X軸まわりの角速度ωxと、Y軸まわりの角速度ωyと、Z軸まわりの角速度ωzと、をそれぞれ独立して検出することができるものである。このような電子デバイス1は、図17に示すように、内部に収容空間Sが形成されたパッケージ2と、パッケージ2に収容されたIC3と、IC3上に応力緩和層7を介して配置された3つの振動素子4、5、6と、を有している。なお、振動素子5、6は、前述した実施形態で説明した構成と同様であり、振動素子4は、異なる向きに配置されている以外は、振動素子5と同様の構成である。
≪IC≫
IC3は、略矩形の平面視形状を有し、平面視の外形は、図18に示すように、Y軸方向に延在する一対の外縁3a、3bと、X軸方向に延在する一対の外縁3c、3dと、を有している。
このIC3には、例えば、外部のホストデバイスと通信を行うインターフェース部3iと、振動素子4を駆動し、振動素子4に加わった角速度ωyを検出する駆動/検出回路3yと、振動素子5を駆動し、振動素子5に加わった角速度ωxを検出する駆動/検出回路3xと、振動素子6を駆動し、振動素子6に加わった角速度ωzを検出する駆動/検出回路3zと、が含まれている。
ここで、複数の接続端子39は、図18に示すように、IC3の上面に設定された3つの領域、第1端子配置領域SS1、第2端子配置領域SS2および第3端子配置領域SS3に分かれて配置されている。第1端子配置領域SS1は、外縁3cに沿って、かつ、外縁3a側に片寄って配置されており、第2端子配置領域SS2は、外縁3dに沿って、かつ、外縁3a側に片寄って配置されており、第3端子配置領域SS3は、外縁3bに沿って、かつ、外縁3d側に片寄って配置されている。
第1端子配置領域SS1には、例えば、通信方式を選択するためのスレーブセレクト信号SS用のデジタル信号端子、データ入力信号MOSI用のデジタル信号端子、クロック信号SCLK用のデジタル信号端子、データ出力信号MISO用のデジタル信号端子等のデジタル信号用端子がまとめて配置されている。また、第2端子配置領域SS2および第3端子配置領域SS3には、例えば、グランドGND用のグランド端子、インターフェース部3iの電源VDDI用の電源信号端子、駆動/検出回路3x、3y、3zの電源VDD用の電源信号端子、テスト用のテスト信号用端子等のアナログ信号用端子がまとめて配置されている。
このように、デジタル信号用端子とアナログ信号用端子とを異なる領域に分けて配置することで、アナログ信号用端子(配線)へのデジタル信号の混入を低減することができる。そのため、ノイズを低減することができ、より正確な駆動を行うことのできる電子デバイス1となる。特に、本実施形態では、第2、第3端子配置領域SS2、SS3から第1端子配置領域SS1をなるべく遠ざける配置となっているため、上記の効果をより効果的に発揮することができる。
≪振動素子の配置≫
振動素子4は、図18に示すように、検出軸JがY軸と一致するように配置されている。これにより、振動素子4によって角速度ωyを検出することができる。また、振動素子4は、IC3の上面の外縁3b側および外縁3d側に片寄った位置に配置されている。また、振動素子4の+X軸側(振動素子4と外縁3bとの間)には第3端子配置領域SS3が位置し、振動素子4の−X軸側(振動素子4と外縁3aとの間)には第2端子配置領域SS2が位置している。また、振動素子4は、検出振動腕431、432および調整振動腕441、442が平面視でIC3の外縁3dから+Y側へはみ出して配置されている。すなわち、振動素子4は、検出振動腕431、432および調整振動腕441、442が平面視でIC3と重ならないように配置されている。
次に、振動素子5の配置について説明する。振動素子5は、図18に示すように、検出軸JがX軸と一致するように配置されている。これにより、振動素子5によって角速度ωxを検出することができる。また、振動素子5は、IC3の上面の外縁3b側および外縁3c側に片寄った位置に配置されている。そのため、振動素子5は、振動素子4に対して−Y軸側(振動素子4と外縁3cとの間)に位置している。また、振動素子5の−X軸側(振動素子5と外縁3aとの間)には第1端子配置領域SS1が位置している。また、振動素子5は、検出振動腕531、532および調整振動腕541、542が平面視でIC3の外縁3bから+X側へはみ出して配置されている。
次に、振動素子6の配置について説明する。振動素子6は、図18に示すように、検出軸JがZ軸と一致するように配置されている。これにより、振動素子6によって角速度ωzを検出することができる。また、振動素子6は、IC3の上面の外縁3a側に片寄った位置に配置されている。そのため、振動素子6は、振動素子4、5に対して−X軸側(振動素子4、5と外縁3aとの間)に位置している。また、振動素子6の−Y軸側(振動素子6と外縁3cとの間)には第1端子配置領域SS1が位置し、+Y軸側(振動素子6と外縁3dとの間)には第2端子配置領域SS2が位置している。
また、振動素子6は、第1端子配置領域SS1よりも第2端子配置領域SS2側に片寄って配置されている。言い換えると、振動素子6は、第1端子配置領域SS1との離間距離DSS1よりも、第2端子配置領域SS2との離間距離DSS2の方が短くなるように配置されている。これにより、第1端子配置領域SS1から振動素子6をなるべく離間させることができ、振動素子6へのデジタル信号の混入が低減される。そのため、駆動信号や検出信号へのノイズの混入を低減することができ、より正確な駆動を行うことのできる電子デバイス1となる。
また、振動素子6は、支持部651、652の並び方向がX軸方向と一致するように配置されている。振動素子6は、支持部651、652の並び方向の長さの方が、これに直交する方向(連結腕631、632の延在方向)の長さよりも長いため、このように配置することで、IC3の上面のスペースを有効に活用することができる。そのため、例えば、外縁3a、3cの離間距離を短くすることができ、IC3の小型化を図ることができる。
以上のように、IC3の上面の外縁3b側の領域に振動素子4、5をx軸方向に並べて配置し、さらに、IC3の上面の外縁3a側の領域に振動素子6を配置することで、これら3つの振動素子4、5、6を比較的小さいスペースで配置することができる。そのため、IC3の小型化を図ることができ、それに伴い、電子デバイス1の小型化を図ることができる。
≪応力緩和層≫
応力緩和層7は、IC3と振動素子4との間に設けられ、上面に振動素子4が配置された第1応力緩和層7Aと、IC3と振動素子5との間に設けられ、上面に振動素子5が配置された第2応力緩和層7Bと、IC3と振動素子6との間に設けられ、上面に振動素子6が配置された第3応力緩和層7Cと、を有している。このように、振動素子4、5、6ごとに応力緩和層7を分割することで、振動素子4、5、6間での振動が互いに伝わり難くなる。そのため、各振動素子4、5、6によって角速度をより精度よく検出することができる。なお、第1、第2、第3応力緩和層7A、7B、7Cの構成としては、前述した第1、第2実施形態で述べた応力緩和層7の構成と同様であるため、その説明を省略する。
このような第5実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
なお、本実施形態では、応力緩和層7が、第1、第2、第3応力緩和層7A、7B、7Cに分割されているが、例えば、図19に示すように、第1、第2、第3応力緩和層7A、7B、7Cを一体的に形成してもよい。言い換えると、1つの応力緩和層7上に、3つの振動素子4、5、6を配置してもよい。これにより、本実施形態と比較して、第1、第2、第3応力緩和層7A、7B、7Cの隙間が無くなるため、当該隙間からのノイズの混入が防止され、よりシールド効果を高めることができる。
[電子機器]
次いで、電子デバイス1を適用した電子機器について、図20〜図22に基づき、詳細に説明する。
図20は、本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1108を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能する電子デバイス1が内蔵されている。そのため、パーソナルコンピューター1100は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
図21は、本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1208が配置されている。このような携帯電話機1200には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能する電子デバイス1が内蔵されている。そのため、携帯電話機1200は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
図22は、本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
デジタルスチールカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。デジタルスチールカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1310が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1310は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。撮影者が表示部1310に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。
また、このデジタルスチールカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314と、が設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。
このようなデジタルスチールカメラ1300には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能する電子デバイス1が内蔵されている。そのため、デジタルスチールカメラ1300は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
なお、本発明の電子デバイスを備える電子機器は、図20のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図21の携帯電話機、図22のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレーター等に適用することができる。
[移動体]
次いで、図1に示す電子デバイス1を適用した移動体について、図23に基づき、詳細に説明する。
図23は、本発明の電子デバイスを備える移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。
自動車1500には、角速度検知手段(ジャイロセンサー)として機能する電子デバイス1が内蔵されており、電子デバイス1によって車体1501の姿勢を検出することができる。電子デバイス1の検出信号は、車体姿勢制御装置1502に供給され、車体姿勢制御装置1502は、その信号に基づいて車体1501の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪1503のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、電子デバイス1が組み込まれる。
以上、本発明の電子デバイス、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
また、前述した実施形態では、IC上に1つの振動素子が設けられた構成について説明したが、振動素子の数としては、特に限定されず、例えば、X軸まわりの角速度を検出することのできる振動素子と、Y軸まわりの角速度を検出することのできる振動素子と、Z軸まわりの角速度を検出することのできる振動素子と、を配置してもよい。
また、前述した実施形態では、電子デバイスとしての角速度センサーについて説明したが、電子デバイスとしては、角速度センサーに限定されず、例えば、所定の周波数の信号を出力する発振器であってもよいし、角速度以外の物理量(加速度、気圧)等を検出することのできる物理量センサーであってもよい。
また、前述した実施形態では、振動素子として水晶基板(圧電基板)からなる振動片に電極を配置した構成のものを用いているが、振動素子の構成としては、これに限定されない。例えば、シリコン基板をパターニングして得られた振動片に圧電素子を配置し、この圧電素子に電圧を印加して圧電素子を伸縮させることで、振動片を振動させる構成の振動素子であってもよい。
1……電子デバイス
2……パッケージ
21……ベース
211……凹部
211a……第1凹部
211b……第2凹部
241……内部端子
242……外部端子
22……リッド
23……シームリング
3……IC
3a、3b、3c、3d……外縁
3i……インターフェース部
3x、3y、3z……駆動/検出回路
31……シリコン基板
311……能動面
32……配線層
32a、32b……配線部
321……第1絶縁層
322……第1配線層
323……第2絶縁層
324……第2配線層
325……第3絶縁層
326……第3配線層
327……第4絶縁層
328……第4配線層
328a……シールド配線
37……接続端子
38……パッシベーション膜
39……接続端子
4……振動素子
431、432……検出振動腕
441、442……調整振動腕
5……振動素子
50……振動片
500……振動体
51……基部
521、522……駆動振動腕
531、532……検出振動腕
541、542……調整振動腕
55……支持部
56……連結部
6……振動素子
60……振動片
600……振動体
61……基部
621、622……検出振動腕
631、632……連結腕
641、642、643、644……駆動振動腕
651、652……支持部
661、662、663、664……梁部
671a……検出信号電極
671b……検出信号端子
672a……検出接地電極
672b……検出接地端子
673a……駆動信号電極
673b……駆動信号端子
674a……駆動接地電極
674b……駆動接地端子
7……応力緩和層
7A……第1応力緩和層
7B……第2応力緩和層
7C……第3応力緩和層
71……第1絶縁層
72……第1配線層
721、721a、721b……配線部
722……シールド配線
73……第2絶縁層
74……第2配線層
741……端子
742……シールド配線
743、743a、743b……配線部
75……第3絶縁層
76……第3配線層
761……端子
762……シールド配線
8……固定部材
1100……パーソナルコンピューター
1102……キーボード
1104……本体部
1106……表示ユニット
1108……表示部
1200……携帯電話機
1202……操作ボタン
1204……受話口
1206……送話口
1208……表示部
1300……デジタルスチールカメラ
1302……ケース
1304……受光ユニット
1306……シャッターボタン
1308……メモリー
1310……表示部
1312……ビデオ信号出力端子
1314……入出力端子
1430……テレビモニター
1440……パーソナルコンピューター
1500……自動車
1501……車体
1502……車体姿勢制御装置
1503……車輪
BW……ボンディングワイヤー
SS1、DSS2……離間距離
、J、J……検出軸
S……収容空間
SS1……第1端子配置領域
SS2……第2端子配置領域
SS3……第3端子配置領域
ωx、ωy、ωz……角速度

Claims (7)

  1. 振動体と、前記振動体に配置されている電極と、を有する振動素子と、
    前記振動素子に対向配置されている基板と、
    前記基板と前記振動素子との間に位置し、前記電極とは異なる電位に電気的に接続される第1配線と、
    前記第1配線よりも前記振動素子側に位置し、定電位に電気的に接続される第1シールド配線と、を有していることを特徴とする電子デバイス。
  2. 前記振動体は、駆動振動部および検出振動部を有し、
    前記駆動振動部には、前記第1配線と電気的に接続されている駆動信号電極が配置され、
    前記検出振動部には、前記電極としての検出信号電極が配置されている請求項1に記載の電子デバイス。
  3. 前記振動体は、駆動振動部および検出振動部を有し、
    前記駆動振動部には、前記電極としての駆動信号電極が配置され、
    前記検出振動部には、前記第1配線と電気的に接続されている検出信号電極が配置されている請求項1に記載の電子デバイス。
  4. 前記第1シールド配線は、接地される請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電子デバイス。
  5. 前記第1配線よりも前記基板側に位置し、前記第1配線とは異なる電位に電気的に接続されている第2配線と、
    前記第1配線と前記第2配線との間に位置し、定電位に電気的に接続されている第2シールド配線と、を有している請求項1ないし4のいずれか1項に記載の電子デバイス。
  6. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。
  7. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする移動体。
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