JP2016131266A - 振動デバイス、発振器、電子機器、および移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱応力の影響を低減した振動デバイス、その振動デバイスを備えた発振器、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】振動デバイスは、基板３４と、基板３４の第１主面５１に、第１取付け部２６および第２取付け部２７にて取付けられている振動素子２１と、第１主面５１とは反対側の第２主面５２に、平面視で振動素子２１と重なるように配置されている発熱部２３と、を含み、平面視で、発熱部２３の中心部３３と振動素子２１の中心部３１とを結ぶ仮想線３８に対し、振動素子２１の中心部３１と第１取付け部２６の中心部３６とを結ぶ線とがなす角をθ1、振動素子２１の中心部３１と第２取付け部２７の中心部３７とを結ぶ線とがなす角をθ2としたとき、０°＜θ1＜９０°、かつ、０°＜θ2＜９０°、かつ、０°＜｜θ1−θ2｜＜１０°を満足していることを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、振動デバイス、発振器、電子機器、および移動体に関する。
水晶発振器は、安定な周波数を供給する周波数発生源として、放送機器、計測機器、デジタル機器のクロック信号源などに広く利用されている。特に、ヒーター付き水晶発振器（Oven Controlled Xtal Oscillator：以下、ＯＣＸＯと言う）は、容器に小型のヒーターと水晶振動子とを収納して、振動素子の周囲温度を一定に保つことにより極めて良好な周波数安定性を持たせたものである。
このようなＯＣＸＯとして、例えば、特許文献１では、両端で支持された振動素子（圧電素子）の真下にヒーター（ヒーター素子）が備えられていることによって、容器（パッケージ）外への熱伝導が抑制され、かつ、エネルギーを抑えて振動素子（圧電素子）を加熱することができる振動デバイス（圧電デバイス）が提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載の振動デバイスでは、振動素子がパッケージに搭載されている取付け部（基部）間の距離が長いため、振動素子とパッケージとの熱膨張係数の違いから、製造上の熱処理工程において、振動素子とパッケージとの間に大きな熱応力が発生して、振動デバイスの発振周波数が変動してしまうという課題があった。
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］本適用例に係る振動デバイスは、基板と、前記基板の第１主面に、第１取付け部および第２取付け部にて取付けられている振動素子と、前記第１主面とは反対側の第２主面に、平面視で前記振動素子と重なるように配置されている発熱部と、を含み、平面視で、前記発熱部の中心部と前記振動素子の中心部とを結ぶ仮想線に対し、前記振動素子の中心部と前記第１取付け部の中心部とを結ぶ線とがなす角をθ1、前記振動素子の中心部と前記第２取付け部の中心部とを結ぶ線とがなす角をθ2としたとき、０°＜θ1＜９０°、かつ、０°＜θ2＜９０°、かつ、０°＜｜θ1−θ2｜＜１０°を満足していることを特徴とする。
本適用例によれば、第１取付け部と第２取付け部との距離が短くなり、基板の平面視にて、発熱部であるヒーターの中心部と振動素子の中心部とを結ぶ仮想線に対して、第１取付け部と第２取付け部とが略線対称の位置に配置されている。そのため、乾燥時やリフロー時などの製造上の熱処理工程において、振動素子と基板の熱膨張係数の違いから発生する熱応力（面内応力）の振動素子に加わる大きさを低減し、振動デバイスの発振周波数の変動を低減することができる。
［適用例２］上記適用例に係る振動デバイスは、０°＜θ1＜３０°、かつ、０°＜θ2＜３０°を満足していることを特徴とする。
本適用例によれば、第１取付け部と第２取付け部との距離がさらに短くなることから、製造上の熱処理工程において、振動素子と基板との熱膨張係数の違いによって発生する熱応力をさらに低減することができる。
［適用例３］上記適用例に係る振動デバイスは、０°＜θ1＜１５°、かつ、０°＜θ2＜１５°を満足していることを特徴とする。
本適用例によれば、第１取付け部と第２取付け部との距離がさらに短くなることから、製造上の熱処理工程において、振動素子と基板との熱膨張係数の違いによって発生する熱応力をさらに低減することができる。
［適用例４］本適用例に係る発振器は、適用例１ないし３のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、振動素子を基板に搭載するマウント乾燥時、あるいは発振器を他の電子装置に組み込むリフロー時などの製造上の熱処理工程において、発生する熱応力の影響による発振周波数の変化を低減した振動デバイスを備えているため、安定した発振周波数を有する発振器を提供することが可能となる。
［適用例５］本適用例に係る電子機器は、適用例１ないし３のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、振動素子を基板に搭載するマウント乾燥時、あるいは発振器を他の電子装置に組み込むリフロー時などの製造上の熱処理工程において、発生する熱応力の影響による発振周波数の変化を低減した振動デバイスを備えているため、エージング特性に優れた高安定な特性を有する電子機器を提供することが可能となる。
［適用例６］本適用例に係る移動体は、適用例１ないし３のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、振動素子を基板に搭載するマウント乾燥時、あるいは発振器を他の電子装置に組み込むリフロー時などの製造上の熱処理工程において、発生する熱応力の影響による発振周波数の変化を低減した振動デバイスを備えているため、エージング特性に優れた高安定な特性を有する移動体を提供することが可能となる。
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにして、説明を分かりやすくするため、各層や各部材の尺度を実際とは異なる尺度で記載している場合がある。
＜第１実施形態＞
まず、本実施形態に係る振動デバイスとしての発熱部であるヒーター２３を搭載した水晶振動子３０について説明する。なお、以下の各図においては、同一または類似の構成要素には、同一または類似の参照符号を付して示す。
まず、本実施形態に係る振動デバイスとしての発熱部であるヒーター２３を搭載した水晶振動子３０について説明する。なお、以下の各図においては、同一または類似の構成要素には、同一または類似の参照符号を付して示す。
［水晶振動子］
図１は、第１実施形態に係る振動デバイスとしてのヒーター２３を搭載した水晶振動子３０の概略を示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ断面図である。図１、図２に示すように、水晶振動子３０は、パッケージ２２、ヒーター２３、振動素子２１、およびリッド２８などを備えている。なお、説明の便宜上、図１ではリッド２８の図示を省略している。以下、水晶振動子３０の各部について、図１、図２を参照しながら順次説明する。
また、図２において、振動素子２１を基準として、リッド２８が配置されている方向を上方向、パッケージ２２の底板３４が配置されている方向を下方向とし、振動素子２１、底板３４、側壁３５の各部材において、上方向に配置されている面を上面、下方向に配置されている面を下面として説明する。
図１は、第１実施形態に係る振動デバイスとしてのヒーター２３を搭載した水晶振動子３０の概略を示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ断面図である。図１、図２に示すように、水晶振動子３０は、パッケージ２２、ヒーター２３、振動素子２１、およびリッド２８などを備えている。なお、説明の便宜上、図１ではリッド２８の図示を省略している。以下、水晶振動子３０の各部について、図１、図２を参照しながら順次説明する。
また、図２において、振動素子２１を基準として、リッド２８が配置されている方向を上方向、パッケージ２２の底板３４が配置されている方向を下方向とし、振動素子２１、底板３４、側壁３５の各部材において、上方向に配置されている面を上面、下方向に配置されている面を下面として説明する。
（パッケージ）
まず、パッケージ２２について説明する。図２に示すように、パッケージ２２は、板状の基板としての底板３４と、側壁３５と、シームリング４０と、パッド電極４１と、外部接続電極４２などで構成されている。
まず、パッケージ２２について説明する。図２に示すように、パッケージ２２は、板状の基板としての底板３４と、側壁３５と、シームリング４０と、パッド電極４１と、外部接続電極４２などで構成されている。
底板３４の上面である第１主面５１には、振動素子２１が、外部接続電極４２上に導電性接着剤４３を塗布することによって接続されている。一方、第１主面５１と反対側、つまり、底板３４の下面である第２主面５２には、後述するヒーター２３や複数のパッド電極４１などが設けられている。
外部接続電極４２は、第１主面５１に２つ設けられており、パッケージ２２の底板３４に振動素子２１を片持ち梁状に固定するための電極である。
外部接続電極４２は、第１主面５１に２つ設けられており、パッケージ２２の底板３４に振動素子２１を片持ち梁状に固定するための電極である。
導電性接着剤４３は、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀（Ａｇ）製の細粒などの導電性の粒子を含有させたシリコーン系、エポキシ系、またはポリイミド系導電性接着剤などを使用することができる。振動素子２１が導電性接着剤４３を用いて底板３４に接続されている場合には、機械的な固定と電気的な接続とを兼ねさせることができる。
側壁３５は、第１主面５１の表面周縁部に枠状に設けられている。底板３４および側壁３５は、振動素子２１や後述するリッド２８の熱膨張係数と一致、あるいは、極力近い熱膨張係数を備えた材料としてセラミックを用いている。具体的には、所定の溶液中にセラミックのパウダーを分散させ、バインダーを添加して生成される混練物がシート状（矩形状）に形成されたセラミックグリーンシートを積層し、焼結することによって形成される。
シームリング４０は、側壁３５の上面に沿って枠状（略矩形状の周状）に、例えば、コバールなどの合金で形成されており、リッド２８と側壁３５の上面とを接合する部材である。
パッド電極４１は、図１、図２に示すように、本実施形態では第２主面５２の４つの角部にそれぞれ１つずつ設けられている。パッド電極４１は、外部接続電極４２および外部の基板などと接続されて、水晶振動子３０に駆動電圧を供給し、また、水晶振動子３０から発振される周波数を外部に出力する電極である。
パッド電極４１および外部接続電極４２は、例えば、銀（Ａｇ）・パラジウム（Ｐｄ）などの導電ペースト、あるいはタングステンメタライズなどを用い、必要とされる形状を形成後に焼成を行い、その後、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）あるいは銀（Ａｇ）などをメッキすることによって形成される。
（ヒーター）
次に、発熱部としてのヒーター２３について、図１、図２を参照しながら説明する。図１、図２に示すように、ヒーター２３は、第２主面５２に、パッケージ２２の平面視にて、振動素子２１と重なるように、樹脂接着剤（図示せず）などによって固定されている。
次に、発熱部としてのヒーター２３について、図１、図２を参照しながら説明する。図１、図２に示すように、ヒーター２３は、第２主面５２に、パッケージ２２の平面視にて、振動素子２１と重なるように、樹脂接着剤（図示せず）などによって固定されている。
図２に示すように、ヒーター２３は、水晶振動子３０を加熱し、温度を一定に保つ、いわゆる恒温機能を有しているパワートランジスターなどの発熱体４５、温度センサー４６などで構成されている電子部品である。
さらに、ヒーター２３は、ヒーター２３の一方の面から延出されている接続部４８を備えている。接続部４８は、ヒーター２３を第２主面５２に機械的に固定し、かつ、ヒーター２３に電流を供給できるように配線が設けられている。
発熱体４５は、電流を流すことで熱を発生できるものであればよい。例えば、炭素皮膜抵抗器、金属皮膜抵抗器などの固定抵抗器、可変抵抗器、半固定抵抗器などの抵抗器、白金やその他の導電性素材からなる電気抵抗を有する配線などであって、素子型またはチップ型のものなどが挙げられる。発熱体４５は、温度を測定しながら一定の温度に保てるように制御している温度センサー４６によって温度コントロールされている。
また、ヒーター２３と第２主面５２との間に、発熱体４５に対向するように底板３４よりも熱伝導率の高い熱伝導層４９が設けられていてもよい。その場合には、熱伝導層４９の表面にヒーター２３とパッケージ２２の底板３４とが接触されている。こうすることによって、ヒーター２３とパッケージ２２とが、熱伝導層４９を介して接触する面積が大きくなり、効率よく発熱体４５からの熱（熱エネルギー）を水晶振動子３０に伝えることができる。従って、パッケージ２２に接続されている振動素子２１の温度変化が低減されるので、周波数安定性がさらに高くなり、低消費電力化が可能となる。
（振動素子）
次に、振動素子２１について説明する。本実施形態の振動素子２１は、圧電材料の一例としての水晶により形成されたＡＴカット水晶基板（圧電基板）が用いられている。図示は省略するが、水晶などの圧電材料は三方晶系に属し、互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。そして、水晶基板はＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が用いられる。
次に、振動素子２１について説明する。本実施形態の振動素子２１は、圧電材料の一例としての水晶により形成されたＡＴカット水晶基板（圧電基板）が用いられている。図示は省略するが、水晶などの圧電材料は三方晶系に属し、互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。そして、水晶基板はＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が用いられる。
例えば、ＡＴカット水晶基板の場合は、θは略３５°１５′である。Ｙ軸、およびＺ軸もＸ軸の回りにθだけ回転させて、それぞれＹ’軸、およびＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸、およびＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。
このＡＴカット水晶基板を加工して、振動素子２１の圧電基板を得ることができる。つまり、圧電基板は、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなる。
振動素子２１は、ＡＴカット振動素子に限らず、ＳＣカット振動素子、音叉型振動素子、双音叉型振動素子などを例示することができる。ＳＣカット振動素子とは、先述したＺ軸の回りに時計方向に、Ｘ軸をα＝３°以上３０°以下回転させて設定したＸ’軸に平行な辺を有し、Ｘ’軸の回りに時計方向にＺ軸をβ＝３３°以上３６°以下回転させたＺ’軸に平行な辺を有する、いわゆるダブルローテーションカットである。本実施形態では、α＝約２２°、β＝約３４°となっている。
振動素子２１の種類によって、水晶振動子３０のデバイスとしての機能が決定される。例えば、振動素子２１が、ＡＴカット振動素子、音叉型振動素子、双音叉型振動素子である場合には、水晶振動子３０は、クロックモジュール、あるいは、後述する発振器９０などに組み込まれてタイミングデバイスとなる。
なお、振動素子２１は、図１において、略円形で図示されているが、矩形、六角形、八角形などの多角形、楕円形でも構わない。また、振動素子２１は、図２において、両方の面がフラット形状（板形状）で図示されているが、水晶基板の一方の面だけをレンズ状に加工した、小型化に有利なプラノコンベックス形状でもよく、両方の面をレンズ状に加工したバイコンベックス形状であってもよい。
さらに、振動素子２１は、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料で形成されてもよい。振動素子２１が水晶以外の材料で形成される場合には、水晶で形成された場合と同様の振る舞いを生じるように、結晶の方位（カット角）などを選択する。
図１、図２に示すように、振動素子２１の表面には、励振電極２４、および引出電極２５が形成されている。励振電極２４は、振動素子２１に先述した厚みすべり振動を励振させるための電極である。励振電極２４は、振動素子２１の上下面の中央部に、振動素子２１の外形と比較して若干小さく略円形に形成されており、下面の励振電極２４は、上面の励振電極２４と対向するように形成されている。
引出電極２５は、励振電極２４とパッケージ２２の外部接続電極４２とを、例えば、導電性接着剤４３を塗布することによって電気的に接続するための電極であり、振動素子２１の上下面に配置されている。振動素子２１の上面の引出電極２５は、上面に配置されている励振電極２４の端部から一方の外部接続電極４２と重なる振動素子２１の端部まで形成されている。また、振動素子２１の下面の引出電極２５は、下面に配置されている励振電極２４の端部から他方の外部接続電極４２と重なる振動素子２１の端部まで形成されている。
（取付け部）
次に、取付け部について説明する。図１、図２に示すように、振動素子２１は、第１主面５１に配置されている２カ所の外部接続電極４２上に導電性接着剤４３などを塗布して乾燥することによって、パッケージ２２の底板３４に片持ち梁状に固定されている。
次に、取付け部について説明する。図１、図２に示すように、振動素子２１は、第１主面５１に配置されている２カ所の外部接続電極４２上に導電性接着剤４３などを塗布して乾燥することによって、パッケージ２２の底板３４に片持ち梁状に固定されている。
振動素子２１が固定されている２カ所のうち、上面の励振電極２４（引出電極２５）と接続されている一方を第１取付け部２６、下面の励振電極２４（引出電極２５）と接続されている他方を第２取付け部２７と言う。
第１取付け部２６においては、外部接続電極４２と、振動素子２１の上面に形成されている励振電極２４と、の間で導通を取るため、外部接続電極４２に導電性接着剤４３を塗布し、振動素子２１の端部が、塗布した導電性接着剤４３と重なるように振動素子２１を搭載して、さらに、その上から導電性接着剤４３を塗布する。
第２取付け部２７においては、外部接続電極４２と、振動素子２１の下面に形成されている励振電極２４と、の間で導通を取るため、外部接続電極４２に導電性接着剤４３を塗布し、振動素子２１の端部が、塗布した導電性接着剤４３と重なるように振動素子２１を搭載すればよく、第１取付け部２６のように、その上から導電性接着剤４３を塗布しなくてもよい。
なお、振動素子２１の固定方法としては、底板３４の外部接続電極４２に金属で形成されるバンプによるバンプ接合であってもよい。
図１に示すように、パッケージ２２の平面視にて、ヒーターの中心部３３と振動素子の中心部３１とを結ぶ線を仮想線としての仮想中心線３８とすると、仮想中心線３８に対して、第１取付け部２６と第２取付け部２７とが略線対称の位置に配置されている。
また、ヒーターの中心部３３は、振動素子の中心部３１に対して、第１取付け部２６および第２取付け部２７と反対側に配置されている。
また、ヒーターの中心部３３は、振動素子の中心部３１に対して、第１取付け部２６および第２取付け部２７と反対側に配置されている。
ここで、振動素子の中心部３１と第１取付け部の中心部３６とを結ぶ第１中心線５６と、仮想中心線３８と、がなす角をθ1とする。また、振動素子の中心部３１と第２取付け部の中心部３７とを結ぶ第２中心線５７と、仮想中心線３８と、がなす角をθ2とする。
そのとき、０°＜θ1＜９０°、かつ、０°＜θ2＜９０°、かつ、０°＜｜θ1−θ2｜＜１０°となっている。
そのとき、０°＜θ1＜９０°、かつ、０°＜θ2＜９０°、かつ、０°＜｜θ1−θ2｜＜１０°となっている。
このような構成にすることによって、第１取付け部２６と第２取付け部２７との距離を短くできる。さらに、パッケージ２２の平面視にて、仮想中心線３８に対して、第１取付け部２６と第２取付け部２７とが略線対称の位置に配置されているため、乾燥時やリフロー時などの製造上の熱処理工程において、振動素子２１と底板３４の熱膨張係数の違いから発生する熱応力（面内応力）が振動素子２１に与える影響を低減することができる。従って、水晶振動子３０の発振周波数の変動を低減することができる。
次に、θ1、およびθ2が、０°＜θ1＜３０°、かつ、０°＜θ2＜３０°を満足している場合について、さらに、０°＜θ1＜１５°、かつ、０°＜θ2＜１５°を満足している場合について、図３を参照しながら説明する。
図３は、第１実施形態に係る振動素子の中心部３１と第１取付け部の中心部３６とを結ぶ第１中心線５６と、仮想中心線３８と、がなす角θ1、（あるいは、振動素子の中心部３１と第２取付け部の中心部３７とを結ぶ第２中心線５７と、仮想中心線３８と、がなす角θ2）と、熱応力による発振周波数の変化量Δｆ／ｆと、の関係を示す図である。
図３は、θ＝θ1、θ2をパラメーター（横軸）として、水晶振動子３０の周囲温度を＋８５℃から−４０℃に変化させた時に発生する熱応力による発振周波数の変化をＦＥＭ（Finite Element Method）によって計算されたものである。縦軸は規格化された周波数偏差をΔＦ／Ｆ［ｐｐｍ］で示している。
θ1，θ2が、０°＜｜θ1−θ2｜＜１０°を満足していることから、仮想中心線３８に対して、第１取付け部２６と第２取付け部２７とが略線対称の位置に配置されている。
まず、０°＜θ1＜３０°、かつ、０°＜θ2＜３０°である場合には、第１取付け部２６と第２取付け部２７との距離をさらに短くできる。図３に示すように、θが０°＜θ＜３０°を満足している場合には、３０°≦θの場合と比較して、熱応力による発振周波数の変化量がさらに小さくなっている。つまり、乾燥時、リフロー時などの熱処理工程において、振動素子２１とパッケージ２２との熱膨張係数の違いによって発生する熱応力をさらに低減することができる。
次に、０°＜θ1＜１５°、かつ、０°＜θ2＜１５°である場合には、第１取付け部２６と第２取付け部２７との距離をさらに短くできる。図３に示すように、θが０°＜θ＜１５°を満足している場合には、１５°≦θの場合と比較して、熱応力による発振周波数の変化量がさらに小さくなっている。つまり、乾燥時、リフロー時などの熱処理工程において、振動素子２１とパッケージ２２との熱膨張係数の違いによって発生する熱応力をさらに低減することができる。
（リッド）
次に、リッド２８は、板状の部材であるため形成しやすく、形状の安定にも優れており、セラミック、金属、ガラスなどで形成されている。リッド２８が、例えば、コバール（金属）で形成されている場合には、一般に他の材料よりも強度が高い利点がある。また、リッド２８に板状のコバールを用いることによって、封止の際にコバールで形成されているシームリング４０とリッド２８とが同じ溶融状態で溶融され、合金化もされやすいため封止を容易に、かつ確実に行うことができる。
次に、リッド２８は、板状の部材であるため形成しやすく、形状の安定にも優れており、セラミック、金属、ガラスなどで形成されている。リッド２８が、例えば、コバール（金属）で形成されている場合には、一般に他の材料よりも強度が高い利点がある。また、リッド２８に板状のコバールを用いることによって、封止の際にコバールで形成されているシームリング４０とリッド２８とが同じ溶融状態で溶融され、合金化もされやすいため封止を容易に、かつ確実に行うことができる。
なお、リッド２８は、コバールに限らず他の材料を用いてもよい。例えば、４２アロイ、ステンレス鋼などの金属材料、またはパッケージ２２の側壁３５と同材料（例えば、セラミック）などを用いることができる。
そして、シーム溶接法などを用いてシームリング４０を溶融し、図２に示すように、パッケージ２２とリッド２８とを接合することによって、パッケージ２２の底板３４と側壁３５とに囲まれている凹部の開口が塞がれて、振動素子２１などを収納するための密閉された内部空間２９が形成される。
内部空間２９は、その内部圧力を所望の気圧に設定できる。例えば、内部空間２９は窒素ガスを充填して大気圧にしたり、通常の大気圧より低い圧力（１×１０5Ｐａ〜１×１０-10Ｐａ以下（ＪＩＳ Ｚ ８１２６‐１：１９９９））の状態（以下、真空と言う）にしたりすることができる。
本実施形態の内部空間２９は真空に設定されている。内部空間２９を真空にすると、水晶振動子３０のＱ値を高められるので発振周波数が安定し、かつ、外部への熱の流出を低減することができるため、低消費電力化することが可能となる。
［発振器］
次に、本実施形態の水晶振動子３０を搭載した発振器９０について図４を参照しながら説明する。図４は、第１実施形態に係る振動デバイスとしてのヒーター２３を搭載した水晶振動子３０を適用した発振器９０の概略を示す断面図である。図４に示すように、発振器９０は、ヒーター２３、およびＩＣチップ（チップ部品）７２を搭載した水晶振動子３０と、脚部６０と、ケース６５と、ベース６６と、回路素子６８と、他の回路構成部品７４などで構成されている。
次に、本実施形態の水晶振動子３０を搭載した発振器９０について図４を参照しながら説明する。図４は、第１実施形態に係る振動デバイスとしてのヒーター２３を搭載した水晶振動子３０を適用した発振器９０の概略を示す断面図である。図４に示すように、発振器９０は、ヒーター２３、およびＩＣチップ（チップ部品）７２を搭載した水晶振動子３０と、脚部６０と、ケース６５と、ベース６６と、回路素子６８と、他の回路構成部品７４などで構成されている。
水晶振動子３０の第２主面５２には、ヒーター２３の他に、脚部６０が接続されており、さらに、ＩＣチップ７２がろう材あるいは接着剤などの接合部材８２を介して固定されている。ＩＣチップ７２は、水晶振動子３０の駆動を制御するための駆動回路（発振回路）を有しており、このＩＣチップ７２によって水晶振動子３０を駆動して外部に周波数を取り出すことができる。また、他の回路構成部品７４とは、抵抗、コイル、コンデンサーなどを組み合わせて構成されている電子部品である。
（脚部）
脚部６０は、水晶振動子３０とベース６６とが２段構造になるように固定する部材である。つまり、脚部６０によって、水晶振動子３０に固定されているヒーター２３から発生する熱が、後述する回路素子６８などが搭載されているベース６６に伝わり難い構造になっている。このような構造にすることによって、回路素子６８などがヒーター２３によって高温にさらされることが低減され、発振器９０は、安定した周波数を発振することが可能となる。
脚部６０は、水晶振動子３０とベース６６とが２段構造になるように固定する部材である。つまり、脚部６０によって、水晶振動子３０に固定されているヒーター２３から発生する熱が、後述する回路素子６８などが搭載されているベース６６に伝わり難い構造になっている。このような構造にすることによって、回路素子６８などがヒーター２３によって高温にさらされることが低減され、発振器９０は、安定した周波数を発振することが可能となる。
また、脚部６０は水晶振動子３０とベース６６とを電気的に接続できるように、導電性を有する金属フレームで構成されている。脚部６０の材料として、例えば、リードフレームの材料を挙げることができる。つまり、脚部６０は、Ｃｕ系素材（Ｃｕ‐Ｆｅ‐Ｐなど）、Ｆｅ系素材（Ｆｅ‐４２％Ｎｉなど）、その他の機械的強度、電気伝導度、熱伝導度、耐食性などに優れた金属素材の薄板が使用される。さらに、脚部６０の表面には、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｐｄ、半田などのめっきが施されていてもよい。
（ケース）
次に、ケース６５は、振動素子２１を収納しているパッケージ２２、ヒーター２３、などを収納することができる凹状の容器である。ケース６５の平面的な形状は、矩形に限らず、多角形、円形、楕円形などの形状であってもよい。ケース６５は、振動素子２１およびヒーター２３をケース６５の内部に導入することができる程度の開口を備えており、ケース６５は、セラミック、ガラスなどの無機材料、樹脂またはコバールなどの金属材料で形成されている。
次に、ケース６５は、振動素子２１を収納しているパッケージ２２、ヒーター２３、などを収納することができる凹状の容器である。ケース６５の平面的な形状は、矩形に限らず、多角形、円形、楕円形などの形状であってもよい。ケース６５は、振動素子２１およびヒーター２３をケース６５の内部に導入することができる程度の開口を備えており、ケース６５は、セラミック、ガラスなどの無機材料、樹脂またはコバールなどの金属材料で形成されている。
（ベース）
ベース６６は、ケース６５の開口を封止する平板形状を有している。ベース６６の形状としては、特に限定されず、外部から底板３４への接触を避ける程度の形状、または、ケース６５の開口を封止して密閉空間を形成することができる形状とすることができる。ベース６６は、例えば、セラミック、ガラス、金属などで形成することができ、本実施形態では、コバール（金属）で形成されている。
ベース６６は、ケース６５の開口を封止する平板形状を有している。ベース６６の形状としては、特に限定されず、外部から底板３４への接触を避ける程度の形状、または、ケース６５の開口を封止して密閉空間を形成することができる形状とすることができる。ベース６６は、例えば、セラミック、ガラス、金属などで形成することができ、本実施形態では、コバール（金属）で形成されている。
ベース６６の、脚部６０が接続されている側の面（内面）には、後述する回路素子６８、他の回路構成部品７４などが設けられており、ベース６６の、脚部６０が接続されている側とは反対の面（外面）には、外部接続端子７５などが設けられている。外部接続端子７５は、回路素子６８、他の回路構成部品７４などと電気的に接続されている。また、ベース６６は、脚部６０を介してヒーター２３に電気的に接続するための配線を備えている。
ベース６６とベース６６に被せられたケース６５とが、半田６７などを用いて接着されることによって、内部空間６９が形成される。ベース６６とケース６５との接着は、半田６７の他に、例えば、プラズマ溶接、シーム溶接、超音波接合、または接着剤などを用いても行われることができる。
内部空間６９は、振動素子２１、ヒーター２３、回路素子６８、ＩＣチップ７２などが収納されている空間である。内部空間６９は、大気開放されていてもよいし、気密空間であってもよい。内部空間６９が気密空間の場合には、振動素子２１、ヒーター２３を減圧状態や不活性ガス雰囲気にすることもできる。本実施形態では、内部空間６９は略真空の減圧状態となっており、ヒーター２３の加熱におけるエネルギー効率を高めることができる。
（回路素子）
次に、回路素子６８は、ベース６６上に導電性接着剤（図示せず）などによって接続されている。回路素子６８は、例えば、水晶振動子３０の振動素子２１を発振させる発振回路、あるいはヒーター２３の温度制御を行う制御回路などを備えている。
次に、回路素子６８は、ベース６６上に導電性接着剤（図示せず）などによって接続されている。回路素子６８は、例えば、水晶振動子３０の振動素子２１を発振させる発振回路、あるいはヒーター２３の温度制御を行う制御回路などを備えている。
＜変形例＞
次に、第１実施形態の変形例に係る水晶振動子１３０について図５を参照して説明する。なお、上記第１実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
次に、第１実施形態の変形例に係る水晶振動子１３０について図５を参照して説明する。なお、上記第１実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
［水晶振動子］
図５は、第１実施形態の変形例に係る振動デバイスとしてのヒーターを搭載した水晶振動子１３０の概略を示す平面図である。図５に示すように、水晶振動子１３０は、上記の第１実施形態の水晶振動子３０と比較して、振動素子２１とヒーター２３との相対位置が異なるものである。
図５は、第１実施形態の変形例に係る振動デバイスとしてのヒーターを搭載した水晶振動子１３０の概略を示す平面図である。図５に示すように、水晶振動子１３０は、上記の第１実施形態の水晶振動子３０と比較して、振動素子２１とヒーター２３との相対位置が異なるものである。
第１実施形態と同様に、変形例に係る振動素子２１は、パッケージ２２の底板３４の第１主面５１に配置されている第１取付け部２６、第２取付け部２７の２カ所において、外部接続電極４２上に導電性接着剤４３などを塗布することによって、外部接続電極４２に片持ち梁状に取付けられ、固定されている。
また、第１実施形態と同様に、パッケージ２２の平面視にて、ヒーターの中心部３３と振動素子の中心部３１とを結ぶ線を仮想線としての仮想中心線３８とすると、仮想中心線３８に対して、第１取付け部２６と第２取付け部２７とが線対称の位置に配置されている。
しかし、第１実施形態と異なり、振動素子の中心部３１に対して、ヒーターの中心部３３と、第１取付け部２６と、が同じ側に配置されており、ヒーターの中心部３３と、第２取付け部２７と、が同じ側に配置されている。
このような構成にすることによって、ヒーター２３からパッケージ２２の底板３４に配置されている第１取付け部２６、第２取付け部２７を介して振動素子２１までの距離が短縮される。従って、ヒーター２３から発生する熱が振動素子２１に伝わりやすくなるため、振動素子２１の温度変化が低減され、水晶振動子１３０の発振周波数が安定する。また、伝熱経路にて熱の損失が低減されるため、低消費電力化が可能となる。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る発振器１９０について図６を参照して説明する。なお、前述の第１実施形態に係る発振器９０と同様な構成については同符号を付して説明を省略する。
次に、第２実施形態に係る発振器１９０について図６を参照して説明する。なお、前述の第１実施形態に係る発振器９０と同様な構成については同符号を付して説明を省略する。
［発振器］
図６は、第２実施形態に係る振動デバイスとしてのヒーター２３を搭載した水晶振動子３０を適用した発振器１９０の概略を示す断面図である。図６に示すように、発振器１９０は、ヒーター２３、およびＩＣチップ（チップ部品）７２を搭載した水晶振動子３０と、脚部６０と、ケース６５と、ベース６６と、回路素子６８と、他の回路構成部品７４などで構成されている。構成されている部品は、第１実施形態と同じである。
図６は、第２実施形態に係る振動デバイスとしてのヒーター２３を搭載した水晶振動子３０を適用した発振器１９０の概略を示す断面図である。図６に示すように、発振器１９０は、ヒーター２３、およびＩＣチップ（チップ部品）７２を搭載した水晶振動子３０と、脚部６０と、ケース６５と、ベース６６と、回路素子６８と、他の回路構成部品７４などで構成されている。構成されている部品は、第１実施形態と同じである。
しかし、第２実施形態において、ヒーター２３は、水晶振動子３０に対して、ベース６６とは反対側に配置されている。つまり、発振器１９０は、水晶振動子３０を上下反転させて固定されている構造であることが第１実施形態と異なる。
このような構成にすることによって、第２実施形態における発振器１９０においても、前述した第１実施形態に係る発振器９０と同様な効果を得ることができる。さらに、ヒーター２３と、ベース６６上に配置されている回路素子６８や他の回路構成部品７４などと、の距離が第１実施形態と比較して長くなることから、回路素子６８や他の回路構成部品７４などがヒーター２３によって高温にさらされることを低減させることが可能になる。
［電子機器］
次いで、本発明の実施形態に係る振動デバイスとしての水晶振動子３０（または水晶振動子１３０、以下は水晶振動子３０にて説明する）を適用した電子機器について、図７〜図９に基づき、詳細に説明する。
次いで、本発明の実施形態に係る振動デバイスとしての水晶振動子３０（または水晶振動子１３０、以下は水晶振動子３０にて説明する）を適用した電子機器について、図７〜図９に基づき、詳細に説明する。
図７は、電子機器の一例としてのモバイル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１００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、信号処理のタイミング源としての機能を備えた水晶振動子３０が内蔵されている。
図８は、電子機器の一例としての携帯電話機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（ＰＨＳも含む）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１００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、信号処理のタイミング源としての機能を備えた水晶振動子３０が内蔵されている。
図９は、電子機器の一例としての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。ここで、従来のフィルムカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、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１００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１００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１００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、信号処理のタイミング源としての機能を備えた水晶振動子３０が内蔵されている。
なお、本発明の実施形態に係る水晶振動子３０を備える電子機器は、図７のパーソナルコンピューター１１００（モバイル型パーソナルコンピューター）、図８の携帯電話機１２００、図９のデジタルスチールカメラ１３００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、ページャー、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）、フライトシミュレーターなどの電子機器、移動体通信基地局用機器、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、ネットワーク用伝送機器などに適用することができる。
［移動体］
図１０は移動体の一例としての自動車１５００を概略的に示す斜視図である。自動車１５００には本発明に係る水晶振動子３０が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１５００には、水晶振動子３０を内蔵してタイヤ１５０３などを制御する電子制御ユニット１５１０が車体１５０１に搭載されている。
図１０は移動体の一例としての自動車１５００を概略的に示す斜視図である。自動車１５００には本発明に係る水晶振動子３０が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１５００には、水晶振動子３０を内蔵してタイヤ１５０３などを制御する電子制御ユニット１５１０が車体１５０１に搭載されている。
また、水晶振動子３０は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Antilock Brake System）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、などの電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に広く適用できる。
以上、本発明の振動子、発振器、電子機器および移動体の実施形態について、図面に基づいて説明したが、本発明は、上記実施形態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、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
２１…振動素子、２２…パッケージ、２３…ヒーター、２４…励振電極、２５…引出電極、２６…第１取付け部、２７…第２取付け部、２８…リッド、２９…内部空間、３０…水晶振動子、３１…振動素子の中心部、３３…ヒーターの中心部、３４…底板、３５…側壁、３６…第１取付け部の中心部、３７…第２取付け部の中心部、３８…仮想中心線、４０…シームリング、４１…パッド電極、４２…外部接続電極、４３…導電性接着剤、４５…発熱体、４６…温度センサー、４８…接続部、４９…熱伝導層、５１…第１主面、５２…第２主面、５６…第１中心線、５７…第２中心線、６０…脚部、６５…ケース、６６…ベース、６７…半田、６８…回路素子、６９…内部空間、７２…ＩＣチップ、７４…他の回路構成部品、７５…外部接続端子、８２…接合部材、９０…発振器、１００…表示部、１３０…水晶振動子、１９０…発振器、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、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、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、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、１５０３…タイヤ、１５１０…電子制御ユニット。
Claims (6)
- 基板と、
前記基板の第１主面に、第１取付け部および第２取付け部にて取付けられている振動素子と、
前記第１主面とは反対側の第２主面に、平面視で前記振動素子と重なるように配置されている発熱部と、
を含み、
平面視で、前記発熱部の中心部と前記振動素子の中心部とを結ぶ仮想線に対し、
前記振動素子の中心部と前記第１取付け部の中心部とを結ぶ線とがなす角をθ1、
前記振動素子の中心部と前記第２取付け部の中心部とを結ぶ線とがなす角をθ2としたとき、
０°＜θ1＜９０°、かつ、０°＜θ2＜９０°、かつ、０°＜｜θ1−θ2｜＜１０°を満足していることを特徴とする振動デバイス。 - 請求項１において、
０°＜θ1＜３０°、かつ、０°＜θ2＜３０°を満足していることを特徴とする振動デバイス。 - 請求項１、または請求項２において、
０°＜θ1＜１５°、かつ、０°＜θ2＜１５°を満足していることを特徴とする振動デバイス。 - 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする発振器。
- 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。
- 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の振動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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