JP2018164126A - 振動デバイス、発振器、ジャイロセンサー、電子機器および移動体 - Google Patents

振動デバイス、発振器、ジャイロセンサー、電子機器および移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】熱応力に伴う歪の影響を低減した振動デバイスを提供する。【解決手段】振動デバイス１は、振動部１２と固定部１６とを有する振動素子１０と、固定部１６が接合されて振動素子１０を支持する支持部材１８と、支持部材１８が接合されている第１の基板３２と、を備え、支持部材１８は、第１の基板３２に接合されている接合部２０を有し、振動素子１０の厚さ方向からの平面視において、固定部１６を内包する矩形領域の面積をＡ１、接合部２０を内包する矩形領域の面積をＡ２とした場合に、Ａ１≧Ａ２を満たす。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、振動デバイス、この振動デバイスを備えた発振器、ジャイロセンサー、電子機器および移動体に関する。
一般的に、携帯電話等の移動体通信機、電波時計、ＩＣカード等の民生用機器の基準周波数源として振動子、特に水晶振動子を搭載した水晶発振器が広く用いられている。
水晶振動子は、パッケージ内に導電性接着剤等で支持されているため、水晶振動子の周囲温度が変化した場合に、水晶振動片を支持している支持部分に容器（パッケージ）との熱膨張係数の違いによって生じる熱歪みが発生し、更には、水晶振動子の温度が元の温度に戻ったときに支持部分と水晶振動片との熱歪みの回復の程度の差により、ヒステリシスが発生してしまう。即ち、水晶振動子の温度が元の温度に戻っても支持部分からの応力により水晶振動子の周波数が元の周波数に戻るまでに長い時間を要する、あるいは水晶振動子の温度がｔ１とｔ２との間で往復する変化をしたときに温度上昇時と下降時において水晶振動子の周波数温度依存性が異なるといった温度特性のヒステリシス現象が起こる。
そこで、特許文献１では、水晶振動片を水晶と同一材料の台座部に支持し、台座部を容器に固定することで、水晶振動片と台座部との熱膨張係数の違いによって生じる熱歪みを低減し、温度変化に伴う水晶振動子の周波数についてのヒステリシスを抑え、安定した基準周波数を発振する発振器が開示されている。
特開２０１４−３３３６８号公報
しかしながら、特許文献１に記載の発振器は、温度変化に伴う水晶の台座部と水晶振動片との熱膨張係数の違いによる歪での水晶振動子の周波数についてのヒステリシスを抑えることができるが、容器と水晶の台座部との熱膨張係数の違いによる歪は低減できていないため、温度に対する振動特性が変化するヒステリシスを十分低減することができない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、以下の適用例又は形態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、振動部と固定部とを有する振動素子と、前記固定部が接合されて前記振動素子を支持する支持部材と、前記支持部材が接合されている基板と、を備え、前記支持部材は、前記基板に接合されている接合部を有し、前記振動素子の厚さ方向からの平面視において、前記固定部を内包する矩形領域の面積をＡ１、前記接合部を内包する矩形領域の面積をＡ２とした場合に、Ａ１≧Ａ２を満たす。
本適用例の振動デバイスによれば、振動デバイスが車載環境のような低温と高温との間の温度変化を繰り返す温度サイクルを受けた時、基板に接合されている支持部材の接合部を内包する面積Ａ２が、支持部材に接合されている振動素子の固定部を内包する面積Ａ１より小さいため、支持部材と基板との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和し、基板が受ける歪が振動素子へ伝わるのを低減することができる。従って、温度サイクルを受けた時、周波数変化等の振動特性の変化が低減された振動デバイスを得ることができる。ここで、固定部を内包する矩形領域および接合部を内包する矩形領域とは、それぞれ固定部および接合部を内包する最小の矩形領域のことである。
［適用例２］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記平面視において、前記振動部は、前記固定部を内包する矩形領域および前記接合部を内包する矩形領域に重なる領域を有することが好ましい。
本適用例によれば、振動部が固定部を内包する矩形領域および接合部を内包する矩形領域に重なる領域を有しているので、振動素子の両端を支持することとなり、振動部が支持部材や基板に接触することを防止することができ、安定した振動特性を有する振動デバイスを得ることができる。
［適用例３］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記Ａ１と前記Ａ２との関係が、０．１≦（Ａ２／Ａ１）≦１．０を満たすことが好ましい。
本適用例によれば、支持部材を基板に接合する機械的強度を保持しつつ、支持部材と基板との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和し、基板が受ける歪が振動素子へ伝わるのを低減することができる。
［適用例４］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記Ａ１と前記Ａ２との関係が、０．５≦（Ａ２／Ａ１）≦０．８を満たすことが好ましい。
本適用例によれば、支持部材を基板に接合する機械的強度を向上させて、より安定して保持しつつ、支持部材と基板との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和し、基板が受ける歪が振動素子へ伝わるのを低減することができる。
［適用例５］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記支持部材は、少なくとも一部が前記振動素子と同じ材料であることが好ましい。
本適用例によれば、支持部材が少なくとも一部が振動素子と同じ材料であるので、振動素子を支持部材に接合されている際に、熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を小さくでき、支持部材からの歪の影響をより低減することができる。
［適用例６］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記支持部材は、第１の結晶方位を有する結晶材料を含み、前記振動素子は、前記支持部材の前記結晶材料と同じ結晶材料であって、第２の結晶方位を有する結晶材料を含み、前記平面視において、前記第１の結晶方位は、前記第２の結晶方位とは異なることが好ましい。
本適用例によれば、結晶方位に依存するヤング率を利用して、支持部材の結晶方位を振動素子の結晶方位と異ならせることにより、支持部材と振動素子との組み合わせによる複合体としてのヤング率を大きくすることができるので、振動素子は基板からの応力による影響を受け難くなり、安定な振動特性を有する振動デバイスを得ることができる。
［適用例７］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記平面視において、前記支持部材のアスペクト比は、前記振動素子のアスペクト比とは異なることが好ましい。
本適用例によれば、支持部材のアスペクト比が振動素子のアスペクト比とは異なることにより、支持部材への固定部を複数とすることができ、また、基板への接合部も複数とすることができる。そのため、固定部の面積と接合部の面積とを大きくすることができるので、支持部材と振動素子との接合強度および基板と支持部材との接合強度をそれぞれ向上させることでき、振動素子を安定して基板に実装することができる。
［適用例８］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記基板は、複数の外部接続部を備え、前記平面視において、前記複数の外部接続部を内包する矩形領域の面積をＡ３とした場合に、Ａ３≧Ａ２を満たすことが好ましい。
本適用例によれば、振動デバイスが外部接続部を介して、電子機器の実装基板等に実装された場合に、基板に接合する支持部材の接合部を内包する面積Ａ２が、複数の外部接続部を内包する面積Ａ３より小さいため、振動デバイスの基板と実装基板との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪の中で、接合部の領域に関わる歪のみが支持部材へ伝わる。そのため、電子機器の実装基板等へ実装された場合の実装基板からの応力による歪を緩和することができ、安定した振動特性を有する振動デバイスを得ることができる。ここで、外部接続部を内包する矩形領域とは、外部接続部を内包する最小の矩形領域のことである。
［適用例９］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記Ａ２と前記Ａ３との関係が、１≦（Ａ２／Ａ３）≦１００を満たすことが好ましい。
本適用例によれば、基板に接合する支持部材の接合部を内包する面積Ａ２を複数の外部接続部を内包する面積Ａ３に比べ、より小さくすることにより、振動デバイスの基板と実装基板との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪をより伝わり難くすることができる。
［適用例１０］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記Ａ２と前記Ａ３との関係が、２≦（Ａ２／Ａ３）≦５を満たすことが好ましい。
本適用例によれば、小型化を図りつつ、振動デバイスの基板と実装基板との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を伝わり難くすることができる。
［適用例１１］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記振動素子は、基部と、前記基部から延出する前記振動部と、前記基部から延出する複数の支持腕と、を備え、前記複数の支持腕は、各々前記固定部と蛇行形状部とを備えていることが好ましい。
本適用例によれば、基部から延出する支持腕に振動素子接合時に生じる応力を緩和する蛇行形状部を備えているので、固定部を支持部材に接合した際に蛇行形状部が変形することで支持部材を介して基板との熱応力に伴う歪の影響を低減することができる。
［適用例１２］本適用例に係る発振器は、上記適用例に記載の振動デバイスと、前記振動デバイスを発振させる発振回路と、を備えている。
本適用例によれば、振動素子実装時の熱応力に伴う歪の影響を低減した振動デバイスを備えることにより、所望の周波数を安定して取り出すことができる発振器を得ることができる。
［適用例１３］本適用例に係るジャイロセンサーは、上記適用例に記載の振動デバイスと、前記振動デバイスを駆動させる駆動回路と、を備えている。
本適用例によれば、振動素子実装時の熱応力に伴う歪の影響を低減した振動デバイスを備えることにより、高精度な検出機能を有するジャイロセンサーを得ることができる。
［適用例１４］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の振動デバイスを備えている。
本適用例によれば、振動素子実装時の熱応力に伴う歪の影響を低減した振動デバイスを備えることにより、高性能な電子機器を得ることができる。
［適用例１５］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の振動デバイスを備えている。
本適用例によれば、振動素子実装時の熱応力に伴う歪の影響を低減した振動デバイスを備えることにより、高性能な移動体を得ることができる。
第１実施形態に係る振動デバイスの構成を示す概略平面図。 図１ＡのＰ１−Ｐ１線における概略断面図。 図１ＡのＰ２−Ｐ２線における概略断面図。 図１Ａの裏面の構成を示す概略平面図。 ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明するための図。 第２実施形態に係る振動デバイスの構成を示す概略平面図。 図３ＡのＰ３−Ｐ３線における概略断面図。 第３実施形態に係る振動デバイスの構成を示す概略平面図。 図４ＡのＰ４−Ｐ４線における概略断面図。 第４実施形態に係る振動デバイスの構成を示す概略平面図。 図５ＡのＰ５−Ｐ５線における概略断面図。 本実施形態に係る発振器の構成を示す概略断面図。 本実施形態に係るジャイロセンサーの構成を示す概略断面図。 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。 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。 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。 移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図。
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。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。
［振動デバイス］
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る振動デバイスとして、中央部に凸部を有するメサ形状で厚み滑り振動するＡＴカット水晶基板で構成された振動素子を実装した振動デバイスを一例として挙げ説明する。
先ず、本発明の第１実施形態に係る振動デバイス１について、図１Ａ〜図１Ｄを参照して説明する。
図１Ａは、第１実施形態に係る振動デバイス１の構成を示す概略平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＰ１−Ｐ１線における概略断面図であり、図１Ｃは、図１ＡのＰ２−Ｐ２線における概略断面図であり、図１Ｄは、図１Ａの裏面の構成を示す概略平面図である。図１Ａにおいて、振動デバイス１の内部の構成を説明する便宜上、蓋部材４２を取り外した状態を図示している。また、図１Ａ〜以降で参照する図４Ｂでは、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ’軸およびＺ’軸を図示しており、各軸については水晶の結晶方向と一致するので、後述する図２において詳細に説明する。また、以下の説明では、説明の便宜上、振動素子１０の厚さ方向であるＹ’軸方向から見たときの平面視を単に「平面視」とも言う。また、説明の便宜上、Ｙ’軸方向（矢印の先端方向）から見たときの平面視において、＋Ｙ’軸方向（矢印方向）の面を上面、−Ｙ’軸方向（矢印方向と反対側の方向）の面を下面として説明する。
第１実施形態に係る振動デバイス１は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、振動素子１０と、振動素子１０を支持する支持部材１８と、支持部材１８に接合された振動素子１０を収納するパッケージ本体３０と、を含み構成されており、パッケージ本体３０のキャビティー３８内に、支持部材１８、振動素子１０の順で積層されている。
振動素子１０は、厚さ（Ｙ’軸方向の長さ）が周辺部より肉厚で上面および下面に凸な振動部１２と、振動部１２の周辺で固定部１６を含む薄肉部１４と、で構成されている。ここで、振動素子１０の固定部１６とは、接合部材２２と接して固着されている領域を謂う。振動素子１０は、平面視で長方形状であり、振動部１２が長手方向（Ｘ軸方向）の中心より一方の端部側へ近い位置に設けられ、支持部材１８に接合・固定するための固定部１６は、振動素子１０の他方の端部側に近い位置に設けられている。そのため、固定部１６が支持部材１８に接合されることで、振動素子１０が支持部材１８に支持される。
また、振動素子１０を構成する材料は、ＡＴカット水晶基板であり、温度特性に優れた振動特性を有する。なお、振動部１２の上面と下面に設けられた励振電極（図示せず）に電圧を印加することで、振動部１２が厚み滑り振動する。また、振動部１２が凸部を有するメサ形状であるため、厚み滑り振動の振動エネルギーが振動部１２以外の薄肉部１４へ漏洩するのを防止することができ、安定な振動特性を有することができる。
支持部材１８は、平面視で矩形状であり、振動素子１０の固定部１６と略同一面積を有しおり、支持部材１８の下面に、パッケージ本体３０の第１の基板３２と接合部材２４を介して接合する接合部２０が設けられている。ここで、支持部材１８の接合部２０とは、接合部材２４と接する領域を謂う。また、支持部材１８を構成する材料は、振動素子１０と同様にＡＴカット水晶基板である。よって、支持部材１８に振動素子１０を接合した場合、熱応力に伴う歪が非常に小さい。
パッケージ本体３０は、基板としての第１の基板３２と、第２の基板３４と、外部接続部としての実装端子３６と、を積層して形成されている。また、パッケージ本体３０は、振動素子１０側に開放するキャビティー３８を有している。キャビティー３８内に振動素子１０が接合された支持部材１８を接合し、ホウケイ酸ガラス等の封止材４４により蓋部材４２を接合することで、キャビティー３８内が気密封止された振動デバイス１を得ることができる。
第１の基板３２および第２の基板３４を構成する材料は、例えば、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックスである。
また、実装端子３６を構成する材料は、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の金属配線材料上にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等のめっきが施されている。
なお、第１の基板３２の上面には、第１の基板３２の下面に形成された２つの実装端子３６と電気的に導通する２つの配線が設けられており、一方の配線が振動素子１０の上面に形成された励振電極とワイヤーボンディング等で電気的に導通されている。また、振動素子１０の下面に形成された励振電極は、導電性接着剤等の接合部材２２，２４と支持部材１８の上面、下面および側面に連続して形成された導電層を介して、他方の配線に電気的に導通されている。そのため、第１の基板３２の下面に形成された２つの実装端子３６間に電圧を印加すると振動素子１０の上面および下面に形成された励振電極に電圧が印加され、振動素子１０を励振することができる。
次に、振動デバイス１の実装構造について、詳細に説明する。
振動デバイス１は、パッケージ本体３０を構成する基板としての第１の基板３２の上面に、接合部材２４を介して、支持部材１８の接合部２０が接合され、支持部材１８の上面に、接合部材２２を介して、振動素子１０の固定部１６が接合・固定されている。従って、振動素子１０は、支持部材１８を介して、第１の基板３２の上面に実装されているため、第１の基板３２と振動素子１０との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和することができる。なお、第１の基板３２を構成材料であるセラッミクスの熱膨張係数は、７．５×１０-6／Ｋであり、振動素子１０を構成材料のＡＴカット水晶基板の熱膨張係数は１３．２×１０-6／Ｋである。
また、支持部材１８の接合部２０を内包する矩形領域の面積Ａ２が振動素子１０の固定部１６を内包する矩形領域の面積Ａ１より小さくなる、Ａ１≧Ａ２となるように設計されているので、支持部材１８と第１の基板３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪の領域を小さくすることができ、熱応力に伴う歪を固定部１６から振動素子１０の振動部１２へ伝わり難くしている。なお、支持部材１８の厚さ（Ｙ’軸方向の長さ）は、厚い方が接合部２０における熱応力に伴う歪が固定部１６に到達するまでに減衰されるので、熱応力に伴う歪の影響をより低減することができる。
固定部１６の面積Ａ１と接合部２０の面積Ａ２との関係は、支持部材１８を第１の基板３２に接合する機械的強度を保持しつつ、支持部材１８と第１の基板３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和するためには、０．１≦（Ａ２／Ａ１）≦１．０を満たすことが好ましい。
また、より好ましくは、０．５≦（Ａ２／Ａ１）≦０．８を満たすことで、支持部材１８を第１の基板３２に接合する機械的強度を向上させ、より安定して保持することができる。
なお、振動デバイス１の裏面（第１の基板３２の下面）には、図１Ｄに示すように、短辺方向（Ｚ’軸方向）の中央部に２つの外部接続部としての実装端子３６が設けられている。また、平面視において、２つの実装端子３６を内包する矩形領域の面積Ａ３は、第１の基板３２に接合する支持部材１８の接合部２０を内包する面積Ａ２に比べ大きくなる、Ａ３≧Ａ２となるように設計されている。そのため、振動デバイス１を、例えば、発振回路や各種部品が搭載された実装基板等に実装した際に、２つの実装端子３６間に生じる振動デバイス１の第１の基板３２と実装基板との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪の中で、接合部２０の面積Ａ２に関わる領域のみの歪が固定部１６に伝わることとなる。従って、第１の基板３２と実装基板とによる熱応力に伴う歪を緩和し、熱応力に伴う歪の影響を低減することができる。
２つの実装端子３６の面積Ａ３と接合部２０の面積Ａ２との関係は、第１の基板３２と実装基板とによる熱応力に伴う歪を大幅に緩和するためには、１≦（Ａ２／Ａ３）≦１００を満たすことが好ましい。
また、より好ましくは、２≦（Ａ２／Ａ３）≦５を満たすことで、小型化を図りつつ、第１の基板３２と実装基板とによる熱応力に伴う歪を大幅に緩和し、熱応力に伴う歪を振動素子１０に伝わり難くすることができる。
次に、振動素子１０を構成する水晶基板について、図２を参照して説明する。
図２は、ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明するための図である。
振動素子１０を構成する水晶基板は、図２に示すように、互いに直交する結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚを有し、Ｘ軸は電気軸、Ｙ軸は機械軸、Ｚ軸は光学軸と、それぞれ呼称され、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、切り出された平板で、回転Ｙカット水晶基板である。
回転Ｙカット水晶基板の角度θが３５．２５°（３５°１５′）の場合、ＡＴカット水晶基板と呼称され、優れた温度特性を有する。ここで、ＡＴカット水晶基板は、直交する結晶軸Ｘ，Ｙ’，Ｚ’を有し、厚さ方向がＹ’軸であり、Ｙ’軸に直交するＸ軸とＺ’軸を含む面が主面であり、振動部１２の主面に厚み滑り振動が主振動として励振される。
なお、本実施形態では、メサ形状のＡＴカット水晶基板で構成された振動素子１０を一例として挙げ説明したが、これに限定されることはなく、平板状の水晶基板でも構わない。
また、振動素子１０を構成する材料は、ＡＴカット水晶基板に限定されず、角度θが４９°であるＢＴカット水晶基板でも構わない。更に、水晶基板に限定されず、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ4）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）等があっても構わない。
以上述べたように、第１実施形態に係る振動デバイス１によれば、以下の効果を得ることができる。
振動デバイス１が低温と高温との間の温度変化を繰り返す温度サイクルを受けた時、第１の基板３２に接合されている支持部材１８の接合部２０を内包する最小の矩形の面積Ａ２が、支持部材１８に接合されている振動素子１０の固定部１６を内包する最小の矩形の面積Ａ１より小さいため、支持部材１８と第１の基板３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和し、第１の基板３２が受ける歪が振動素子１０へ伝わるのを低減することができる。従って、温度サイクルを受けた時、周波数変化等の振動特性の変化が低減された振動デバイス１を得ることができる。
また、振動素子１０を第１の基板３２に実装する際に、支持部材１８を介しているため、振動素子１０と第１の基板３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和することができる。また、第１の基板３２に接合する支持部材１８の接合部２０を内包する面積Ａ２が、支持部材１８に接合する振動素子１０の固定部１６を内包する面積Ａ１より小さい、つまり、Ａ１≧Ａ２であるため、支持部材１８を第１の基板３２に接合する際に、支持部材１８と第１の基板３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和し、支持部材１８実装時の歪が振動素子１０へ伝わるのを低減することができる。従って、第１の基板３２への実装前後における周波数変化や実装時の歪によるエージング変化等の振動特性の劣化を低減した振動デバイス１を得ることができる。
また、支持部材１８を第１の基板３２に接合する機械的強度を保持しつつ、支持部材１８と第１の基板３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和するために、固定部１６の面積Ａ１と接合部２０の面積Ａ２との関係が、０．１≦（Ａ２／Ａ１）≦１．０を満たすことが好ましく、０．５≦（Ａ２／Ａ１）≦０．８を満たすことがより好ましい。
また、支持部材１８が少なくとも一部が振動素子１０と同じ材料であるので、振動素子１０が支持部材１８に接合されている状態で、熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を小さくでき、支持部材１８からの歪の影響をより低減することができる。
また、振動素子１０を支持部材１８に接合する際に、熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪がほとんどないので、支持部材１８への接合時の歪の影響をより低減することができる。
また、振動デバイス１を実装端子３６を介して、電子機器の実装基板等に実装する際に、第１の基板３２に接合する支持部材１８の接合部２０を内包する面積Ａ２が、複数の実装端子３６を内包する面積Ａ３より小さいため、振動デバイス１の第１の基板３２と実装基板との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪の中で、接合部２０の領域に関わる歪のみが支持部材１８へ伝わる。そのため、電子機器の実装基板等へ実装された場合の実装基板からの応力による歪を緩和することができ、安定した振動特性を有する振動デバイス１を得ることができる。
また、第１の基板３２と実装基板とによる熱応力に伴う歪を大幅に緩和するために、複数の実装端子３６の面積Ａ３と接合部２０の面積Ａ２との関係が、１≦（Ａ２／Ａ３）≦１００を満たすことが好ましく、２≦（Ａ２／Ａ３）≦５を満たすことがより好ましい。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る振動デバイス１ａについて、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明する。
図３Ａは、第２実施形態に係る振動デバイス１ａの構成を示す概略平面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＰ３−Ｐ３線における概略断面図である。図３Ａにおいて、振動デバイス１ａの内部の構成を説明する便宜上、蓋部材４２を取り外した状態を図示している。なお、上述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の構成には、同一の符号を附してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態に係る振動デバイス１ａは、第１実施形態に係る振動デバイス１と比較し、支持部材１８ａ、固定部１６ａ，１６ｂおよび接合部２０ａ，２０ｂの構造および構成が異なる。
本実施形態の振動デバイス１ａは、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、振動素子１０と、振動素子１０の長手方向（Ｘ軸方向）と交差する方向（Ｚ’軸方向）を長手方向とする矩形状の支持部材１８ａと、支持部材１８ａに接合された振動素子１０を収納するパッケージ本体３０と、を含み構成されている。
また、支持部材１８ａのアスペクト比（本実施形態ではＸ軸方向の長さとＺ’軸方向の長さとの比とする）はＺ’軸方向が長手方向であり、振動素子１０のアスペクト比はＸ軸方向が長手方向であるため、支持部材１８ａのアスペクト比と振動素子１０のアスペクト比とは異なっている。従って、支持部材１８ａはＺ’軸方向に長いため、Ｚ’軸に沿って振動素子１０の固定部１６ａ，１６ｂおよび支持部材１８ａの接合部２０ａ，２０ｂを複数配置することができ、支持部材１８ａと振動素子１０との接合強度および第１の基板３２と支持部材１８ａとの接合強度を向上させることができる。
振動素子１０は、薄肉部１４に設けられたＺ’軸に沿って並ぶ２つの固定部１６ａ，１６ｂにおいて、導電性接着剤等の接合部材２２ａ，２２ｂを介して支持部材１８ａに接合・固定されている。
振動素子１０が接合された支持部材１８ａは、Ｚ’軸に沿って並ぶ２つの接合部２０ａ，２０ｂにおいて、導電性接着剤等の接合部材２４ａ，２４ｂを介して基板としての第１の基板３２に接合されている。
また、第１の基板３２に接合する支持部材１８ａの２つの接合部２０ａ，２０ｂを内包する面積Ａ２は、支持部材１８ａに接合する振動素子１０の２つの固定部１６ａ，１６ｂを内包する面積Ａ１より小さくなるように設計されているため、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。
また、支持部材１８ａの結晶材料を第１の結晶方位とし、振動素子１０の結晶材料を第２の結晶方位とすると、結晶方位に依存するヤング率を利用して、平面視において、支持部材１８ａの第１の結晶方位を振動素子１０の第２の結晶方位とは異ならせることにより、支持部材１８ａと振動素子１０との組み合わせによる複合体としてのヤング率を大きくすることができる。そのため、振動素子１０は第１の基板３２からの応力による影響を受けにくくなり安定な振動特性を有する振動デバイス１ａを得ることができる。
また、振動素子１０を支持部材１８ａに接合する接合部材２２ａ，２２ｂと、支持部材１８ａを第１の基板３２に接合する接合部材２４ａ，２４ｂと、を異なる材料で構成することで、例えば、導電性接着剤に換えて金バンプや半田バンプ等とすると、導電性接着剤の硬化時に発生するガスによる周波数変動を低減することができる。従って、安定な振動特性を有する振動デバイス１ａを得ることができる。
以上述べたように、第２実施形態に係る振動デバイス１ａによれば、以下の効果を得ることができる。
第１の基板３２に接合する支持部材１８ａの２つの接合部２０ａ，２０ｂを内包する面積Ａ２が、支持部材１８ａに接合する振動素子１０の２つの固定部１６ａ，１６ｂを内包する面積Ａ１より小さい、つまりＡ１≧Ａ２であるため、振動デバイス１ａが車載環境のような温度サイクルを受けた時、支持部材１８と第１の基板３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和し、第１の基板３２が受ける歪が振動素子１０へ伝わるのを低減することができる。従って、温度サイクルを受けた時、周波数変化等の振動特性の変化が低減された振動デバイス１ａを得ることができる。
また、支持部材１８ａを第１の基板３２に接合する際に、支持部材１８ａと第１の基板３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和し、支持部材１８ａ実装時の歪が振動素子１０へ伝わるのを低減することができる。従って、第１の基板３２への実装前後における周波数変化や実装時の歪によるエージング変化等の振動特性の劣化を低減した振動デバイス１ａを得ることができる。
また、支持部材１８ａのアスペクト比が振動素子１０のアスペクト比とは異なることにより、支持部材１８ａへの固定部１６ａ，１６ｂを複数とすることができ、また、第１の基板３２への接合部２０ａ，２０ｂも複数とすることができる。そのため、固定部１６ａ，１６ｂの面積と接合部２０ａ，２０ｂの面積とを大きくすることができるので、支持部材１８ａと振動素子１０との接合強度および第１の基板３２と支持部材１８ａとの接合強度をそれぞれ向上させることでき、振動素子１０を安定して第１の基板３２に実装することができる。
また、結晶方位に依存するヤング率を利用して、平面視において、支持部材１８ａの第１の結晶方位を振動素子１０の第２の結晶方位とは異ならせることにより、支持部材１８ａと振動素子１０との組み合わせによる複合体としてのヤング率を大きくすることができるので、振動素子１０は第１の基板３２からの応力による影響を受け難くなり安定な振動特性を有する振動デバイス１ａを得ることができる。
また、支持部材１８ａの結晶方位を振動素子１０の結晶方位とは異ならせることにより、支持部材１８ａと振動素子１０との熱膨張係数の差を異ならせることができるので、振動素子１０を支持部材１８ａに接合する接合部材２２ａ，２２ｂと、支持部材１８ａを第１の基板３２に接合する接合部材２４ａ，２４ｂと、を異なる材料で構成することができる。そのため、実装時に接合部材２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂから発生するガス等の影響を低減し、安定な振動特性を有する振動デバイス１ａを得ることができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る振動デバイス１ｂについて、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明する。
図４Ａは、第３実施形態に係る振動デバイス１ｂの構成を示す概略平面図であり、図４Ｂは、図４ＡのＰ４−Ｐ４線における概略断面図である。図４Ａにおいて、振動デバイス１ｂの内部の構成を説明する便宜上、蓋部材４２を取り外した状態を図示している。なお、上述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の構成には、同一の符号を附してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
第３実施形態に係る振動デバイス１ｂは、第１実施形態に係る振動デバイス１と比較し、振動素子１０ｂ、支持部材１８ｂ、固定部１７ａ，１７ｂおよび接合部２１ａ，２１ｂの構造および構成が異なる。
本実施形態の振動デバイス１ｂは、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、ＡＴカット水晶基板からなる振動素子１０ｂの中央部に凸部を有する振動素子１０ｂと、ＡＴカット水晶基板からなる支持部材１８ｂの中央部に凹部を有する支持部材１８ｂと、支持部材１８ｂに接合された振動素子１０ｂを収納するパッケージ本体３０と、を含み構成されている。
振動素子１０ｂは、平面視で長方形状であり、振動部１２が長手方向（Ｘ軸方向）の中央部に配置され、支持部材１８ｂに接合するための２つの固定部１７ａ，１７ｂが平面視で、振動部１２の中心を挟む位置であって、且つ＋Ｘ軸方向に対して反時計回りに６０°で交差する直線Ｌ１上の薄肉部１４に設けられている。
支持部材１８ｂは、平面視で振動素子１０ｂと略同一形状であり、振動素子１０ｂ側の上面に凹部を有している。これは、振動素子１０ｂの振動部１２が支持部材１８ｂと接触するのを防ぐためである。また、支持部材１８ｂには、第１の基板３２に接合するための２つの接合部２１ａ，２１ｂが平面視で、振動部１２の中心を挟む位置であって、且つ＋Ｘ軸方向に対して反時計回りに１２０°で交差する直線Ｌ２上、言い換えると＋Ｘ軸方向に対して時計回りに６０°で交差する直線Ｌ２上に設けられている。つまり、図４Ａにおいて、振動部１２の中心に対して＋Ｘ軸方向側で−Ｚ’軸方向の端部の位置と、振動部１２の中心に対して−Ｘ軸方向側で＋Ｚ’軸方向の端部の位置にそれぞれ２つの接合部２１ａ，２１ｂが設けられている。ここで、振動素子１０ｂの＋Ｘ軸方向と支持部材１８ｂの＋Ｘ軸方向は同じ方向である。
ＡＴカット水晶基板は、平面視で＋Ｘ軸方向に対して反時計回りで６０°と１２０°において圧縮応力による周波数変動がほぼないことが知られている。これはＡＴカット水晶基板の面内方向のヤング率に依存する結果と考えられるが、この特性を用いて２つの固定部１７ａ，１７ｂと２つの接合部２１ａ，２１ｂとが、それぞれ＋Ｘ軸方向に対して反時計回りで６０°と１２０°で交差する直線Ｌ１，Ｌ２上に配置されているため、２つの接合部２１ａ，２１ｂ間に生じる支持部材１８ｂと第１の基板３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪は、２つの固定部１７ａ，１７ｂが２つの接合部２１ａ，２１ｂが配置された直線Ｌ２上から離れているので、２つの固定部１７ａ，１７ｂに伝わり難くい。そのため、支持部材１８ｂが第１の基板３２に接合されていることで生じる熱応力に伴う歪を、２つの固定部１７ａ，１７ｂから振動素子１０ｂの振動部１２へ伝わり難くすることができる。更に、振動素子１０ｂの受ける応力が最大になる方向は、ＡＴカット水晶基板の＋Ｘ軸方向に対して反時計回りで６０°の方向になるので、基板３２に生じた応力による周波数変動も大幅に抑制できる。
また、第１の基板３２に接合する支持部材１８ｂの２つの接合部２１ａ，２１ｂを内包する面積Ａ２は、支持部材１８ｂに接合する振動素子１０ｂの２つの固定部１７ａ，１７ｂを内包する面積Ａ１より小さくなるように設計されているため、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。
更に、振動部１２は、固定部１７ａ，１７ｂを内包する矩形領域（Ａ１）および接合部２１ａ，２１ｂを内包する矩形領域（Ａ２）に重なるように配置されている。そのため、振動素子１０ｂの長手方向（Ｘ軸方向）の両端を支持することとなり、振動部１２が支持部材１８ｂや第１の基板３２に接触することを防止することができる。
また、前述のように、ＡＴカット水晶基板は、Ｘ−Ｚ’面内回転（Ｙ’軸回り）において、Ｘ軸から約６０°又は約１２０°（Ｚ’軸から約±３０°）の方向からの応力（歪）に対し、周波数変化が零となる特性を有していることが知られている。そのため、２つの固定部１７ａ，１７ｂが振動部１２を挟み、Ｘ軸から約６０°又は約１２０°の方向の位置に配置することで、支持部材１８ｂへの接合時の歪による影響を大幅に緩和することができる。また、支持部材１８ｂについても、２つの接合部２１ａ，２１ｂをＸ軸から約１２０°又は約６０°の方向の位置に配置することで、第１の基板３２への接合時の歪による周波数変動への影響を大幅に緩和することができる。
なお、支持部材１８ｂの結晶方向を振動素子１０ｂの結晶方向と交差する方向とすることで、２つの固定部１７ａ，１７ｂが配置された位置から２つの接合部２１ａ，２１ｂが配置された位置とを遠ざけることができるため、第１の基板３２への接合時の歪が２つの固定部１７ａ，１７ｂを介して振動部１２に伝わるのを大幅に低減することができる。
以上述べたように、第３実施形態に係る振動デバイス１ｂによれば、以下の効果を得ることができる。
第１の基板３２に接合する支持部材１８ｂの２つの接合部２１ａ，２１ｂを内包する面積Ａ２が、支持部材１８ｂに接合する振動素子１０ｂの２つの固定部１７ａ，１７ｂを内包する面積Ａ１より小さい、つまりＡ１≧Ａ２であるため、振動デバイス１ｂが車載環境のような温度サイクルを受けた時、支持部材１８ｂと第１の基板３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和し、第１の基板３２が受ける歪が振動素子１０ｂへ伝わるのを低減することができる。従って、温度サイクルを受けた時、周波数変化等の振動特性の変化が低減された振動デバイス１ｂを得ることができる。
また、支持部材１８ｂを第１の基板３２に接合する際に、支持部材１８ｂと第１の基板３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和し、支持部材１８ｂ実装時の歪が振動素子１０ｂへ伝わるのを低減することができる。従って、第１の基板３２への実装前後における周波数変化や実装時の歪によるエージング変化等の振動特性の劣化を低減した振動デバイス１ｂを得ることができる。
また、振動部１２は、固定部１７ａ，１７ｂを内包する矩形領域（Ａ１）および接合部２１ａ，２１ｂを内包する矩形領域（Ａ２）に重なるように配置されているので、振動素子１０ｂのＸ軸方向の両端を支持することとなり、振動部１２が支持部材１８ｂや第１の基板３２に接触することを防止することができる。そのため、安定した振動特性を有する振動デバイス１ｂを得ることができる。
また、平面視において、支持部材１８ｂの結晶方向を振動素子１０ｂの結晶方向と交差する方向とすることで、２つの固定部１７ａ，１７ｂが配置された位置から２つの接合部２１ａ，２１ｂが配置された位置とを遠ざけることができる。そのため、第１の基板３２からの歪が振動部１２に伝わるのを大幅に低減することができる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る振動デバイス１ｃについて、ダブルＴ型と呼ばれる構成の振動ジャイロ素子１００を実装した振動デバイスを一例として挙げ、図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明する。
図５Ａは、第４実施形態に係る振動デバイス１ｃの構成を示す概略平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＰ５−Ｐ５線における概略断面図である。図５Ａにおいて、振動デバイス１ｃの内部の構成を説明する便宜上、蓋部材１４２を取り外した状態を図示している。また、各図では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、Ｚ軸方向から見たときの平面視を単に「平面視」とも言う。なお、上述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の構成には、同一の符号を附してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
第４実施形態に係る振動デバイス１ｃは、第１実施形態に係る振動デバイス１と比較し、振動ジャイロ素子１００、支持部材１０２、固定部１５０ａ，１５０ｂおよび接合部１５２ａ，１５２ｂの構造および構成が異なる。
本実施形態の振動デバイス１ｃは、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、振動素子としての振動ジャイロ素子１００と、振動ジャイロ素子１００を支持する支持部材１０２と、支持部材１０２に接合された振動ジャイロ素子１００を収納するパッケージ本体１３０と、を含み構成されている。
振動ジャイロ素子１００は、圧電材料である水晶を基材（主要部分を構成する材料）として形成されている。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。
そして、振動ジャイロ素子１００は、水晶結晶軸において直交するＸ軸及びＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚さを有している。なお、所定の厚さは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。
また、振動ジャイロ素子１００をなす平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸およびＺ軸についても同様である。
振動ジャイロ素子１００は、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング（ウエットエッチングまたはドライエッチング）により形成されている。なお、振動ジャイロ素子１００は、１枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。
図５Ａに示すように、振動ジャイロ素子１００は、ダブルＴ型と呼ばれる構成となっている。
振動ジャイロ素子１００は、中心部分に位置する基部１１０と、基部１１０からＹ軸に沿って、直線状に、一方がＹ軸のプラス方向へ延出され、他方がＹ軸のマイナス方向へ延出された振動部としての１対の検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂと、検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂと直交するように、基部１１０からＸ軸に沿って、直線状に、一方がＸ軸のプラス方向へ延出され、他方がＸ軸のマイナス方向へ延出された１対の連結腕１１３ａ，１１３ｂと、検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂと平行になるように、各連結腕１１３ａ，１１３ｂの先端側からＹ軸に沿って、直線状に、一方がＹ軸のプラス方向へ延出され、他方がＹ軸のマイナス方向へ延出された振動部としての各１対の駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂとを備えている。
また、振動ジャイロ素子１００は、検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂに、図示しない検出電極が形成され、駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂに、図示しない駆動電極が形成されている。振動ジャイロ素子１００は、検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂで、角速度を検出する検出振動系を構成し、連結腕１１３ａ，１１３ｂと駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂとで、振動ジャイロ素子１００を駆動する駆動振動系を構成している。
また、検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂのそれぞれの先端部には、錘部１１２ａ，１１２ｂが形成され、駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂのそれぞれの先端部には、錘部１１６ａ，１１６ｂ，１１７ａ，１１７ｂが形成されている。これにより、振動ジャイロ素子１００は、小型化および角速度の検出感度の向上が図られている。なお、検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂには、錘部１１２ａ，１１２ｂが含まれ、駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂには、錘部１１６ａ，１１６ｂ，１１７ａ，１１７ｂが含まれている。
更に、振動ジャイロ素子１００は、基部１１０から４本の支持腕１２０ａ，１２０ｂ，１２１ａ，１２１ｂが延出されている。
支持腕１２０ａは、連結腕１１３ａと検出用振動腕１１１ａとの間の基部１１０の外縁から、Ｘ軸方向のマイナス側に延出した後に、Ｙ軸方向のプラス側に延出し、その後、Ｘ軸方向のプラス側に延出した後、再度Ｙ軸方向のプラス側に延出する蛇行形状部１２０ｄを備えている。
支持腕１２０ｂは、連結腕１１３ｂと検出用振動腕１１１ａとの間の基部１１０の外縁から、Ｘ軸方向のプラス側に延出した後に、Ｙ軸方向のプラス側に延出し、その後、Ｘ軸方向のマイナス側に延出した後、再度Ｙ軸方向のプラス側に延出する蛇行形状部１２０ｃを備えている。
支持腕１２１ａは、連結腕１１３ａと検出用振動腕１１１ｂとの間の基部１１０の外縁から、Ｘ軸方向のマイナス側に延出した後に、Ｙ軸方向のマイナス側に延出し、その後、Ｘ軸方向のプラス側に延出した後、再度Ｙ軸方向のマイナス側に延出する蛇行形状部１２１ｄを備えている。
支持腕１２１ｂは、連結腕１１３ｂと検出用振動腕１１１ｂとの間の基部１１０の外縁から、Ｘ軸方向のプラス側に延出した後に、Ｙ軸方向のマイナス側に延出し、その後、Ｘ軸方向のマイナス側に延出した後、再度Ｙ軸方向のマイナス側に延出する蛇行形状部１２１ｃを備えている。
なお、振動ジャイロ素子１００の各支持腕１２０ａ，１２０ｂ，１２１ａ，１２１ｂは、振動ジャイロ素子１００の重心Ｇに対して回転対称である。具体的には、支持腕１２０ａと支持腕１２１ｂとが、振動ジャイロ素子１００の重心Ｇを回転中心として回転対称形状であり、支持腕１２１ａと支持腕１２０ｂとが、振動ジャイロ素子１００の重心Ｇを回転中心として回転対称形状である。
支持腕１２０ａ，１２０ｂの先端部は、Ｙ軸方向において、検出用振動腕１１１ａよりプラス側に位置しＸ軸に沿って延在する支持部１２２に接続され、支持腕１２１ａ，１２１ｂの先端部は、Ｙ軸方向において、検出用振動腕１１１ｂよりマイナス側に位置しＸ軸に沿って延在する支持部１２３に接続されている。
また、支持部１２２には、Ｘ軸に沿って、３つの固定部１５０ａが設けられており、支持部１２３には、Ｘ軸に沿って、３つの固定部１５０ｂが設けられている。
なお、支持部１２２と支持部１２３とは、振動ジャイロ素子１００の重心Ｇを回転中心として、回転対称形状となっていることが、バランス上好ましい。
支持部材１０２は、平面視で矩形状であり、振動ジャイロ素子１００の支持部１２２，１２３を内包する矩形領域の面積と略同一面積を有している。支持部材１０２は、支持部材１０２の振動ジャイロ素子１００と対向する面とは反対の面で、振動ジャイロ素子１００の検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂが延出する方向（Ｙ軸方向）の両端側に、検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂが延出する方向と交差する方向（Ｘ軸方向）に沿って、それぞれ３つの接合部１５２ａ，１５２ｂが設けられている。
なお、支持部材１０２の振動ジャイロ素子１００と対向する面とは反対の面のＹ軸方向のプラス側に設けられた３つの接合部１５２ａは、振動ジャイロ素子１００の支持部１２２に設けられた３つの固定部１５０ａとそれぞれ対向して配置されている。また、支持部材１０２の振動ジャイロ素子１００と対向する面とは反対の面のＹ軸方向のマイナス側に設けられた３つの接合部１５２ｂは、振動ジャイロ素子１００の支持部１２３に設けられた３つの固定部１５０ｂとそれぞれ対向して配置されている。
振動ジャイロ素子１００は、支持部１２２，１２３に設けられたＸ軸に沿って並ぶ３つの固定部１５０ａ，１５０ｂにおいて、導電性接着剤等の接合部材１０４を介して支持部材１０２に接合されている。
また、振動ジャイロ素子１００が接合された支持部材１０２は、支持部材１０２のＹ軸方向の両端にＸ軸に沿って並ぶ３つの接合部１５２ａ，１５２ｂにおいて、導電性接着剤等の接合部材１０６を介してパッケージ本体の１３０の第１の基板１３２に接合されている。
また、第１の基板１３２に接合する支持部材１０２の６つの接合部１５２ａ，１５２ｂを内包する面積Ａ２は、支持部材１０２に接合する振動ジャイロ素子１００の６つの固定部１５０ａ，１５０ｂを内包する面積Ａ１より小さくなるように設計されているため、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。
更に、振動部としての検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂおよび駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂは、固定部１５０ａ，１５０ｂを内包する矩形領域（Ａ１）および接合部１５２ａ，１５２ｂを内包する矩形領域（Ａ２）に重なるように配置されている。そのため、振動領域（検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂおよび駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂ）の周辺を支持することとなり、振動領域が支持部材１０２や第１の基板１３２に接触することを防止することができる。
以上述べたように、第４実施形態に係る振動デバイス１ｃによれば、以下の効果を得ることができる。
第１の基板１３２に接合する支持部材１０２の６つの接合部１５２ａ，１５２ｂを内包する面積Ａ２が、支持部材１０２に接合する振動ジャイロ素子１００の６つの固定部１５０ａ，１５０ｂを内包する面積Ａ１より小さい、つまりＡ１≧Ａ２であるため、振動デバイス１ｃが車載環境のような温度サイクルを受けた時、支持部材１０２と第１の基板１３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和し、第１の基板１３２が受ける歪が振動ジャイロ素子１００へ伝わるのを低減することができる。従って、温度サイクルを受けた時、周波数変化等の振動特性の変化が低減された振動デバイス１ｃを得ることができる。
また、支持部材１０２を第１の基板１３２に接合する際に、支持部材１０２と第１の基板１３２との熱膨張係数の違いによる熱応力に伴う歪を緩和し、支持部材１０２実装時の歪が振動ジャイロ素子１００へ伝わるのを低減することができる。従って、第１の基板１３２への実装前後における周波数変化や実装時の歪によるエージング変化等の振動特性の劣化を低減した振動デバイス１ｃを得ることができる。
また、基部１１０から延出する支持腕１２０ａ，１２０ｂ，１２１ａ，１２１ｂに振動ジャイロ素子１００接合時に生じる応力を緩和する蛇行形状部１２０ｃ，１２０ｄ，１２１ｃ，１２１ｄを備えているので、固定部１５０ａ，１５０ｂを支持部材１０２に接合した際に蛇行形状部１２０ｃ，１２０ｄ，１２１ｃ，１２１ｄが変形することで、振動ジャイロ素子１００接合時の熱応力に伴う歪の影響を低減することができる。
また、振動領域（検出用振動腕１１１ａ，１１１ｂおよび駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ，１１５ａ，１１５ｂ）が固定部１５０ａ，１５０ｂを内包する矩形領域（Ａ１）および接合部１５２ａ，１５２ｂを内包する矩形領域（Ａ２）に重なるように配置されている。そのため、振動領域の周辺を支持することとなり、振動領域が支持部材１０２や第１の基板１３２に接触することを防止することができる。そのため、安定した振動特性を有する振動デバイス１ｃを得ることができる。
［発振器］
次に、本発明の一実施形態に係る振動デバイス１〜１ｂの少なくとも１つを備える発振器２００について、図６を参照して説明する。
図６は、本発明の振動デバイス１を備える発振器２００の構造を示す概略断面図である。なお、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。
発振器２００は、振動デバイス１と、振動デバイス１を発振させるための発振回路を有するＩＣチップ（チップ部品）７０と、キャビティー５８内に振動デバイス１およびＩＣチップ７０を収納するパッケージ本体５０と、ガラス、セラミック、又は金属等から成る蓋部材６２と、を含み構成されている。
パッケージ本体５０は、図６に示すように、第１の基板５２と、第２の基板５４と、実装端子５６と、を積層して形成されている。また、パッケージ本体５０は、振動デバイス１およびＩＣチップ７０側に開放するキャビティー５８を有している。
実装基板等に相当する第１の基板５２には、キャビティー５８側の面に複数の内部電極６０が設けられており、第１の基板５２のキャビティー５８側の面とは反対側の面に複数の実装端子５６が設けられている。また、内部電極６０と実装端子５６とは、図示しない貫通電極や層間配線を介して、電気的に導通されている。
パッケージ本体５０のキャビティー５８内には、第１の基板５２に設けられた内部電極６０上に導通性を有する接着剤等の接合部材６６を介して振動デバイス１が接合され、第１の基板５２上にろう材あるいは接着剤等の接合部材６８を介してＩＣチップ７０が接合・固定されている。また、ＩＣチップ７０は、ボンディングワイヤー７２によって内部電極６０と電気的に導通されている。なお、キャビティー５８内は、ホウケイ酸ガラス等の封止材６４により蓋部材６２が接合されることで、気密封止されている。
ＩＣチップ７０は、振動デバイス１（振動素子１０）の発振を制御するための発振回路を有しており、この発振回路によって内部電極６０を介して振動素子１０に電圧を印加することにより、振動素子１０を発振させ、所定の発振周波数を出力することができる。
従って、振動素子１０，１０ｂ実装時の熱応力に伴う歪の影響を低減した振動デバイス１〜１ｂを備えていることにより、所望の共振周波数を安定して取り出すことができる発振器２００を得ることができる。
［ジャイロセンサー］
次に、本発明の一実施形態に係る振動デバイス１ｃ（振動ジャイロ素子１００）を備えるジャイロセンサー３００について、図７を参照して説明する。
図７は、本発明の振動デバイス１ｃを備えるジャイロセンサー３００の構造を示す概略断面図である。なお、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、図５Ａおよび図５Ｂに用いた軸と同一である。
ジャイロセンサー３００は、図７に示すように、振動ジャイロ素子１００、支持部材１０２、振動ジャイロ素子１００を駆動させる駆動回路を有するＩＣチップ１９６、パッケージ本体１８０および蓋部材１９２を含み構成されている。
セラミックなどで形成され、キャビティー１８８内が３段の凹部で構成されたパッケージ本体１８０は、第１の基板１８１と、第２の基板１８２と、第３の基板１８３と、第４の基板１８４と、実装端子１８６と、を積層して形成されている。
パッケージ本体１８０のキャビティー１８８内には、第１の基板１８１上にろう材あるいは接着剤等の接合部材１９７を介してＩＣチップ１９６が接合されている。また、ＩＣチップ１９６は、ボンディングワイヤー１９８によって、第２の基板１８２上に設けられた内部電極１９０と電気的に導通されている。なお、ＩＣチップ１９６には、振動ジャイロ素子１００を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動ジャイロ素子１００に生じる検出振動を検出する検出回路とが含まれている。
振動ジャイロ素子１００は、上述した振動デバイス１ｃのように、支持部１２２，１２３に設けられた６つの固定部１５０ａ，１５０ｂを支持部材１０２に接合部材１０４を介して接合されている。振動ジャイロ素子１００が接合された支持部材１０２は、支持部材１０２のＹ軸方向の端部に設けられた６つの接合部１５２ａ，１５２ｂを第３の基板１８３に接合部材１０６を介して接合されている。
なお、第３の基板１８３上には、図示しない内部電極が設けられており、振動ジャイロ素子１００に設けられた図示しない駆動電極や検出電極と電気的に導通されている。また、図示しない貫通電極や層間配線を介して、第２の基板１８２に設けられた内部電極１９０や第１の基板１８１に設けられた実装端子１８６と電気的に導通されている。
そして、ジャイロセンサー３００のキャビティー１８８内は、略真空又は減圧雰囲気に保持され、ホウケイ酸ガラス等の封止材１９４により蓋部材１９３が接合されることで、気密封止されている。
従って、熱応力に伴う歪の影響を低減した振動デバイス１ｃを備えていることにより、高精度な検出機能を有するジャイロセンサー３００を得ることができる。
［電子機器］
次に、本発明の一実施形態に係る振動デバイス１〜１ｃの少なくとも１つを適用した電子機器について、図８、図９および図１０を参照して説明する。なお、以下の例では１つの振動デバイス１のみを図示しているが、２個以上の振動デバイス１〜１ｃが搭載されていてもよいし、２個以上の振動デバイス１〜１ｃが同じものでも、振動デバイス１〜１ｃのうち異なるものであってもよい。
図８は、本実施形態に係る振動デバイス１を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成の概略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、ディスプレイ１０００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、基準クロック等として機能する振動デバイス１が内蔵されている。
図９は、本発明の一実施形態に係る振動デバイス１を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳ（Personal Handyhone System）やスマートフォンも含む）の構成の概略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、ディスプレイ１０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、基準クロック等として機能する振動デバイス１が内蔵されている。
図１０は、本発明の一実施形態に係る振動デバイス１を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略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）等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、ディスプレイ１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行なう構成になっており、ディスプレイ１０００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等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者がディスプレイ１０００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１３３０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１３４０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１３３０や、パーソナルコンピューター１３４０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、基準クロック等として機能する振動デバイス１が内蔵されている。
上述したように、電子機器として、熱応力に伴う歪の影響を低減した振動デバイス１〜１ｃを備えることにより、高性能の電子機器を得ることができる。
なお、本発明の一実施形態に係る振動デバイス１〜１ｃは、図８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９の携帯電話機１２００、図１０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、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（Point of Sale）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等の電子機器に適用することができる。
［移動体］
次に、本発明の一実施形態に係る振動デバイス１〜１ｃを適用した移動体について説明する。
図１１は、本発明の移動体の一例としての自動車１４００を概略的に示す斜視図である。自動車１４００には、振動デバイス１が搭載されている。振動デバイス１は、キーレスエントリー、イモビライザー、ナビゲーションシステム、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等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１４１０に広く適用できる。
上述したように、移動体として、熱応力に伴う歪の影響を低減した振動デバイス１〜１ｂを備えることにより、高性能の移動体を得ることができる。
以上、本発明の振動デバイス１〜１ｃ、発振器２００、ジャイロセンサー３００、電子機器（１１００，１２００，１３００）、および移動体（１４００）について、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良い。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせても良い。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…振動デバイス、１０，１０ｂ…振動素子、１２…振動部、１４…薄肉部、１６…固定部、１８…支持部材、２０…接合部、２２，２４…接合部材、３０…パッケージ本体、３２…基板としての第１の基板、３４…第２の基板、３６…外部接続部としての実装端子、３８…キャビティー、４２…蓋部材、４４…封止材、１００…振動ジャイロ素子、２００…発振器、３００…ジャイロセンサー、１１００…パーソナルコンピューター、１２００…携帯電話機、１３００…デジタルスチールカメラ、１４００…自動車。

Claims (15)

  1. 振動部と固定部とを有する振動素子と、
    前記固定部が接合されて前記振動素子を支持する支持部材と、
    前記支持部材が接合されている基板と、を備え、
    前記支持部材は、前記基板に接合されている接合部を有し、
    前記振動素子の厚さ方向からの平面視において、前記固定部を内包する矩形領域の面積をＡ１、前記接合部を内包する矩形領域の面積をＡ２とした場合に、Ａ１≧Ａ２を満たすことを特徴とする振動デバイス。
  2. 前記平面視において、前記振動部は、前記固定部を内包する矩形領域および前記接合部を内包する矩形領域に重なる領域を有することを特徴とする請求項１に記載の振動デバイス。
  3. 前記Ａ１と前記Ａ２との関係が、０．１≦（Ａ２／Ａ１）≦１．０を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の振動デバイス。
  4. 前記Ａ１と前記Ａ２との関係が、０．５≦（Ａ２／Ａ１）≦０．８を満たすことを特徴とする請求項３に記載の振動デバイス。
  5. 前記支持部材は、少なくとも一部が前記振動素子と同じ材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の振動デバイス。
  6. 前記支持部材は、第１の結晶方位を有する結晶材料を含み、
    前記振動素子は、前記支持部材の前記結晶材料と同じ結晶材料であって、第２の結晶方位を有する結晶材料を含み、
    前記平面視において、前記第１の結晶方位は、前記第２の結晶方位とは異なることを特徴とする請求項５に記載の振動デバイス。
  7. 前記平面視において、前記支持部材のアスペクト比は、前記振動素子のアスペクト比とは異なることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の振動デバイス。
  8. 前記基板は、複数の外部接続部を備え、
    前記平面視において、前記複数の外部接続部を内包する矩形領域の面積をＡ３とした場合に、Ａ３≧Ａ２を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の振動デバイス。
  9. 前記Ａ２と前記Ａ３との関係が、１≦（Ａ２／Ａ３）≦１００を満たすことを特徴とする請求項８に記載の振動デバイス。
  10. 前記Ａ２と前記Ａ３との関係が、２≦（Ａ２／Ａ３）≦５を満たすことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の振動デバイス。
  11. 前記振動素子は、基部と、前記基部から延出する前記振動部と、前記基部から延出する複数の支持腕と、を備え、
    前記複数の支持腕は、各々前記固定部と蛇行形状部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の振動デバイス。
  12. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の振動デバイスと、
    前記振動デバイスを発振させる発振回路と、
    を備えていることを特徴とする発振器。
  13. 請求項１１に記載の振動デバイスと、
    前記振動デバイスを駆動させる駆動回路と、
    を備えていることを特徴とするジャイロセンサー。
  14. 請求項１乃至請求項１１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。
  15. 請求項１乃至請求項１１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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