JP2020108087A - 振動デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】振動素子の特性の低下を抑制することのできる振動デバイス、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、第１導電型の半導体基板であるベース基板と、リッド基板と、前記ベース基板と前記リッド基板との間に配置されている振動素子と、前記ベース基板の前記リッド基板側の面上に配置されている配線と、前記配線と前記振動素子とを電気的に接続する接続部材と、を有し、前記ベース基板は、前記第１導電型とは異なる第２導電型のウェルと、前記ウェルに設けられ、前記リッド基板側の面に位置する第１コンタクト面を備える前記第１導電型の第１コンタクト領域と、を有し、前記配線および前記接続部材は、それぞれ、前記第１コンタクト面と接触し、前記第１コンタクト領域を介して電気的に接続されている。【選択図】図１
Description
本発明は、振動デバイス、電子機器および移動体に関するものである。
特許文献１に記載されている水晶振動子は、ベース基板と、リッド基板と、これら２つの基板に挟まれた振動子基板と、を有する。また、振動子基板は、振動子と、振動子を囲む枠状の枠部と、を有する。そして、ベース基板と枠部とが陽極接合され、リッド基板と枠部とが陽極接合されている。
しかしながら、特許文献１の水晶振動子では、振動素子の電気信号が陽極接合に用いる金属膜を介して外部に引き出されている。そのため、例えば、金属膜と他の配線との間に寄生容量が生じ易く、振動素子の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
本発明の一態様は、第１導電型の半導体基板であるベース基板と、
リッド基板と、
前記ベース基板と前記リッド基板との間に配置されている振動素子と、
前記ベース基板の前記リッド基板側の面上に配置されている配線と、
前記配線と前記振動素子とを電気的に接続する接続部材と、を有し、
前記ベース基板は、
前記第１導電型とは異なる第２導電型のウェルと、
前記ウェルに設けられ、前記リッド基板側の面に位置する第１コンタクト面を備える前記第１導電型の第１コンタクト領域と、を有し、
前記配線および前記接続部材は、それぞれ、前記第１コンタクト面と接触し、前記第１コンタクト領域を介して電気的に接続されていることを特徴とする振動デバイスである。
リッド基板と、
前記ベース基板と前記リッド基板との間に配置されている振動素子と、
前記ベース基板の前記リッド基板側の面上に配置されている配線と、
前記配線と前記振動素子とを電気的に接続する接続部材と、を有し、
前記ベース基板は、
前記第１導電型とは異なる第２導電型のウェルと、
前記ウェルに設けられ、前記リッド基板側の面に位置する第１コンタクト面を備える前記第１導電型の第１コンタクト領域と、を有し、
前記配線および前記接続部材は、それぞれ、前記第１コンタクト面と接触し、前記第１コンタクト領域を介して電気的に接続されていることを特徴とする振動デバイスである。
本発明の一態様では、前記ベース基板と前記リッド基板との間に配置され、前記振動素子と、前記振動素子を囲む枠状をなす枠部と、前記振動素子と前記枠部とを連結する連結部と、を備える中間基板と、
前記枠部と前記ベース基板との間に位置し、前記枠部と前記ベース基板とを接合する導電性の第１接合部材と、
前記枠部と前記リッド基板との間に位置し、前記枠部と前記リッド基板とを接合する導電性の第２接合部材と、を有することが好ましい。
前記枠部と前記ベース基板との間に位置し、前記枠部と前記ベース基板とを接合する導電性の第１接合部材と、
前記枠部と前記リッド基板との間に位置し、前記枠部と前記リッド基板とを接合する導電性の第２接合部材と、を有することが好ましい。
本発明の一態様では、前記リッド基板は、第１導電型の半導体基板であり、
前記第１接合部材および前記第２接合部材は、電気的に接続され、
前記ベース基板と前記リッド基板とは、前記第１接合部材および前記第２接合部材を介して電気的に接続されていることが好ましい。
前記第１接合部材および前記第２接合部材は、電気的に接続され、
前記ベース基板と前記リッド基板とは、前記第１接合部材および前記第２接合部材を介して電気的に接続されていることが好ましい。
本発明の一態様では、前記ベース基板は、
周囲に対して前記第１導電型の不純物が高濃度にドープされ、前記リッド基板側の面に位置する第２コンタクト面を備える前記第１導電型の第２コンタクト領域を有し、
前記第１接合部材は、前記第２コンタクト面に接触していることが好ましい。
周囲に対して前記第１導電型の不純物が高濃度にドープされ、前記リッド基板側の面に位置する第２コンタクト面を備える前記第１導電型の第２コンタクト領域を有し、
前記第１接合部材は、前記第２コンタクト面に接触していることが好ましい。
本発明の一態様では、前記リッド基板は、
周囲に対して前記第１導電型の不純物が高濃度にドープされ、前記ベース基板側の面に位置する第３コンタクト面を備える前記第１導電型の第３コンタクト領域を有し、
前記第２接合部材は、前記第３コンタクト面に接触していることが好ましい。
周囲に対して前記第１導電型の不純物が高濃度にドープされ、前記ベース基板側の面に位置する第３コンタクト面を備える前記第１導電型の第３コンタクト領域を有し、
前記第２接合部材は、前記第３コンタクト面に接触していることが好ましい。
本発明の一態様では、前記ベース基板は、前記接続部材との接続面および前記第１接合部材との接続面が面一であり、
前記中間基板は、前記接続部材との接続面および前記第１接合部材との接続面が面一であることが好ましい。
前記中間基板は、前記接続部材との接続面および前記第１接合部材との接続面が面一であることが好ましい。
本発明の一態様では、前記リッド基板は、前記ベース基板側の面に開放し、前記振動素子を収納する凹部を有し、前記ベース基板と直接接合されていることが好ましい。
本発明の一態様では、前記ベース基板に形成され、前記配線を含む発振回路を有することが好ましい。
本発明の一態様は、本発明の一態様の振動デバイスと、
前記振動デバイスの前記発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理装置と、を備えることを特徴とする電子機器である。
前記振動デバイスの前記発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理装置と、を備えることを特徴とする電子機器である。
本発明の一態様は、本発明の一態様の振動デバイスと、
前記振動デバイスの前記発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理装置と、を備えることを特徴とする移動体である。
前記振動デバイスの前記発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理装置と、を備えることを特徴とする移動体である。
以下、本発明の一態様の振動デバイス、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実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。図２は、中間基板の上面図である。図３は、中間基板の下面を上面側から見た透過図である。図４は、第１、第２接合部材を示す断面図である。図５は、ベース基板に形成された回路を示す回路図である。図６ないし図８は、それぞれ、ベース基板の詳しい構成を示す断面図である。なお、説明の便宜上、各図には、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として図示している。また、図１中のＺ軸方向＋側を「上」とも言い、Ｚ軸方向−側を「下」とも言う。
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。図２は、中間基板の上面図である。図３は、中間基板の下面を上面側から見た透過図である。図４は、第１、第２接合部材を示す断面図である。図５は、ベース基板に形成された回路を示す回路図である。図６ないし図８は、それぞれ、ベース基板の詳しい構成を示す断面図である。なお、説明の便宜上、各図には、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として図示している。また、図１中のＺ軸方向＋側を「上」とも言い、Ｚ軸方向−側を「下」とも言う。
図１に示す振動デバイス１は、ベース基板２と、リッド基板３と、中間基板４と、を有し、ベース基板２とリッド基板３との間に中間基板４が挟まれた構造となっている。ベース基板２は、第１面である下面２１と、下面２１と反対側の第２面である上面２２と、を含む板状をなす。リッド基板３は、ベース基板２の上側に位置し、ベース基板２側に位置する第３面である下面３１と、下面３１と反対側の第４面である上面３２と、を含む板状をなす。中間基板４は、ベース基板２とリッド基板３との間に位置し、ベース基板２側に位置する第５面である下面４１と、リッド基板３側の第６面である上面４２と、を含む板状をなす。これら３つの基板のうち、ベース基板２およびリッド基板３は、それぞれ、シリコン基板であり、中間基板４は、水晶基板である。
また、図２および図３に示すように、中間基板４は、振動素子５と、振動素子５を囲む枠状の枠部４３と、振動素子５と枠部４３とを連結する連結部４４と、を有する。振動素子５は、中間基板４から形成された振動基板５１と、振動基板５１の表面に配置された電極５２と、を有する。振動基板５１は、厚みすべり振動モードを有し、本実施形態ではＡＴカット水晶基板から形成されている。すなわち、中間基板４は、水晶基板としてＡＴカット水晶基板を用いている。ＡＴカット水晶基板は、三次の周波数温度特性を有しているため、優れた温度特性を有する振動素子５となる。
電極５２は、振動基板５１の上面４２に配置された励振電極５２１と、下面４１に、励振電極５２１と対向して配置された励振電極５２２と、を有する。また、電極５２は、振動基板５１の下面４１に配置された一対の端子５２３、５２４と、端子５２３と励振電極５２１とを電気的に接続する配線５２５と、端子５２４と励振電極５２２とを電気的に接続する配線５２６と、を有する。
なお、振動素子５の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動素子５は、励振電極５２１、５２２に挟まれた振動領域がその周囲から突出したメサ型となっていてもよいし、逆に、振動領域がその周囲から凹没した逆メサ型となっていてもよい。また、振動基板５１の周囲を研削するベベル加工や、上面４２および下面４１を凸曲面とするコンベックス加工が施されていてもよい。
また、振動素子５としては、厚みすべり振動モードで振動するものに限定されず、例えば、複数の振動腕が面内方向に屈曲振動する振動素子であってもよい。つまり、振動基板５１は、ＡＴカット水晶基板から形成されたものに限定されず、ＡＴカット水晶基板以外の水晶基板、例えば、Ｘカット水晶基板、Ｙカット水晶基板、Ｚカット水晶基板、ＢＴカット水晶基板、ＳＣカット水晶基板、ＳＴカット水晶基板等から形成されていてもよい。また、本実施形態では、振動基板５１が水晶で構成されているが、これに限定されず、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガライト、ニオブ酸カリウム、リン酸ガリウム等の圧電単結晶体により構成されていてもよいし、これら以外の圧電単結晶体で構成されていてもよい。
図１に示すように、振動デバイス１は、枠部４３とベース基板２との間に位置し、枠部４３の下面４１とベース基板２の上面２２とを接合する第１接合部材６１と、枠部４３とリッド基板３との間に位置し、枠部４３の上面４２とリッド基板３の下面３１とを接合する第２接合部材６２と、を有する。そして、第１、第２接合部材６１、６２によって、ベース基板２、リッド基板３および枠部４３が接合されることによりパッケージ１０が構成され、パッケージ１０の内部に振動素子５を収納する収納空間Ｓが形成されている。収納空間Ｓは、気密封止され、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態となっている。これにより、粘性抵抗が減り、振動素子５を安定して駆動させることができる。ただし、収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、大気圧状態、加圧状態となっていてもよい。
第１接合部材６１は、枠部４３とベース基板２とを接合する接合部材として機能するだけでなく、振動素子５とベース基板２との間に隙間Ｇ１を形成するギャップ材としても機能する。同様に、第２接合部材６２は、枠部４３とリッド基板３とを接合する接合部材として機能するだけでなく、振動素子５とリッド基板３との間に隙間Ｇ２を形成するギャップ材としても機能する。このように、第１、第２接合部材６１、６２がギャップ材を兼ねることにより、パッケージ１０の構成がより簡単なものとなる。
また、これら第１、第２接合部材６１、６２は、導電性を有し、本実施形態では金属で構成されている。具体的には、図４に示すように、第１接合部材６１は、ベース基板２の上面２２に設けられた金属膜６１１と、枠部４３の下面４１に設けられた金属膜６１２と、を有しており、金属膜６１１の上面と金属膜６１２の下面とを拡散接合して形成されている。金属膜６１１は、Ｃｕ（銅）からなる基部６１１ａ上に、Ｎｉ（ニッケル）／Ｐｄ（パラジウム）／Ａｕ（金）の積層体であるめっき層６１１ｂを形成して構成され、同様に、金属膜６１２も、Ｃｕからなる基部６１２ａ上に、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕの積層体からなるめっき層６１２ｂを形成して構成されている。そして、金属膜６１１、６１２の表面にある金めっき層同士が拡散接合されている。このような構成によれば、第１接合部材６１の表面が金めっき膜で覆われるため、優れた対候性が発揮され、第１接合部材６１の腐食を効果的に抑制することができる。
第２接合部材６２についても同様であり、第２接合部材６２は、リッド基板３の下面３１に設けられた金属膜６２１と、枠部４３の上面４２に設けられた金属膜６２２と、を拡散接合して形成されている。金属膜６２１は、Ｃｕからなる基部６２１ａ上に、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕの積層体であるめっき層６２１ｂを形成して構成され、同様に、金属膜６２２も、Ｃｕからなる基部６２２ａ上に、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕの積層体であるめっき層６２２ｂを形成して構成されている。そして、互いの表面にある金めっき膜同士が拡散接合されている。
また、第１接合部材６１と第２接合部材６２とは、枠部４３の内側面を回り込んで互いに接触し、電気的に接続されている。そのため、ベース基板２とリッド基板３とが、第１接合部材６１および第２接合部材６２を介して電気的に接続される。
ベース基板２は、シリコン基板であり、特に、本実施形態では、第１導電型であるＰ型導電性を有するＰ型シリコン基板を用いている。Ｐ型シリコン基板は、例えば、シリコン基板にホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）等のＰ型不純物をドープすることにより製造される。ただし、ベース基板２およびリッド基板３としては、特に限定されず、Ｎ型シリコン基板を用いてもよいし、シリコン以外の半導体基板、例えば、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体基板を用いてもよい。
また、ベース基板２には、振動素子５と電気的に接続された回路２８が形成されており、本実施形態では、その上面２２が能動面となっている。このように、ベース基板２に回路２８を形成することにより、ベース基板２のスペースを有効活用することができる。回路２８としては、特に限定されず、例えば、図５に示すような、振動素子５を発振させてクロック信号等の基準信号の周波数を生成する発振回路が挙げられる。なお、このような発振回路には、例えば、静電気による破壊を抑制する静電気保護回路が含まれている。回路２８に静電気保護回路を含むことにより、静電気放電（ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）による回路２８の損傷を抑制することができる。
また、図６および図７に示すように、ベース基板２の上面２２には、第１絶縁層２９１、第１配線層２９２および第２絶縁層２９３が積層した積層体２９が設けられ、この第１配線層２９２に含まれる配線２９２ａを介して、上面２２に形成された複数の回路要素（図示せず）が電気的に接続され、回路２８が構成されている。
また、図８に示すように、ベース基板２の下面２１には３つの外部接続端子６５１、６５２、６５３が設けられている。また、これら３つの外部接続端子６５１、６５２、６５３は、それぞれ、ベース基板２の下面２１と上面２２とを貫通する貫通電極６７を介して回路２８と電気的に接続されている。外部接続端子６５１、６５２、６５３のうち、外部接続端子６５１は、電源に繋がる端子であり、外部接続端子６５２は、グランドに繋がる端子であり、外部接続端子６５３は、回路２８からの発信信号が出力される端子である。また、外部接続端子の数としては、３つに限定されず、回路２８の構成に応じて加減してもよい。
また、図６および図７に示すように、ベース基板２は、Ｐ型とは異なる第２導電型であるＮ型のウェル２４１、２４２を有する。そして、図６に示すように、ウェル２４１には、上面２２に位置する第１コンタクト面２５１ａを備えるＰ型の不純物が高濃度にドープされた第１コンタクト領域２５１が形成され、図７に示すように、ウェル２４２には、上面２２に位置する第１コンタクト面２５２ａを備えるＰ型の第１コンタクト領域２５２が形成されている。そして、第１コンタクト面２５１ａ、２５２ａには、それぞれ、配線２９２ａが接触している。そのため、ベース基板２と配線２９２ａとがオーミック接触し、これらの間の抵抗をより低く抑えることができる。なお、第１コンタクト面２５１ａ、２５２ａは、その一部が積層体２９から露出している。
振動デバイス１は、さらに、図６および図７に示すように、ベース基板２と中間基板４との間に位置する一対の第１接続部材であるバンプＢ１、Ｂ２を有する。そして、バンプＢ１は、その下端部が第１コンタクト面２５１ａと接触し、上端部が振動素子５の端子５２３と接触することにより、これらを電気的に接続している。そのため、ベース基板２とバンプＢ１とがオーミック接触し、これらの間の抵抗をより低く抑えることができる。同様に、バンプＢ２は、その下端部が第１コンタクト面２５２ａと接触し、上端部が振動素子５の端子５２４と接触することにより、これらを電気的に接続している。そのため、ベース基板２とバンプＢ２とがオーミック接触し、これらの間の抵抗をより低く抑えることができる。
つまり、バンプＢ１は、第１コンタクト領域２５１を介して配線２９２ａと電気的に接続され、バンプＢ２は、第１コンタクト領域２５２を介して配線２９２ａと電気的に接続されている。これにより、振動素子５の励振電極５２１、５２２が回路２８と電気的に接続される。このように、バンプＢ１、Ｂ２を介して振動素子５と回路２８とを電気的に接続することにより、従来技術のように、第１、第２接合部材６１、６２を引き出し配線として用いる必要がない。そのため、他の配線との間に寄生容量が形成され難く、振動素子５の特性の低下を効果的に抑制することができる。
バンプＢ１、Ｂ２としては、導電性および接合性を有していれば、特に限定されないが、第１接合部材６１の金属膜６１１を形成する工程と同時に、第１接合部材６１と同じ材料により形成するのが望ましい。これにより、バンプＢ１、Ｂ２を形成する工程を、第１接合部材６１を形成する工程と別に行うことが不要になる。また、第１接合部材６１と同じ厚さのバンプＢ１、Ｂ２を容易に形成することができる。
なお、本実施形態では、ベース基板２の平面視で、振動素子５と重なる位置にバンプＢ１、Ｂ２が配置されているが、これに限定されず、例えば、連結部４４と重なる位置にバンプＢ１、Ｂ２が配置されていてもよい。この場合、振動素子５の端子５２３、５２４がそれぞれ連結部４４まで引き出されており、当該部分において、バンプＢ１、Ｂ２と接続されていればよい。
また、図６から図８に示すように、ベース基板２は、他の部分に対してＰ型不純物が高濃度でドープされた高濃度ドープ領域である第２コンタクト領域２６を有する。また、第２コンタクト領域２６は、ベース基板２の上面２２に位置する第２コンタクト面２６１を備え、第２コンタクト面２６１は、積層体２９から露出している。言い換えると、第２コンタクト面２６１上には、積層体２９が形成されていない。また、第２コンタクト面２６１は、ベース基板２の厚さ方向からの平面視で、枠部４３と重なる枠状となっている。そして、ベース基板２は、この第２コンタクト面２６１において第１接合部材６１と接触している。そのため、ベース基板２と第１接合部材６１とがオーミック接触し、これらの間の抵抗をより低く抑えることができる。なお、本実施形態では、ベース基板２の第１接合部材６１との接触面の全域が第２コンタクト面２６１で構成されているが、これに限定されず、ベース基板２の第１接合部材６１との接触面の少なくとも一部が第２コンタクト面２６１で構成されていればよい。
同様に、図６から図８に示すように、リッド基板３は、他の部分に対してＰ型不純物が高濃度でドープされた高濃度ドープ領域である第３コンタクト領域３３を有する。また、第３コンタクト領域３３は、リッド基板３の下面３１に位置する第３コンタクト面３３１を備えている。第３コンタクト面３３１は、リッド基板３の厚さ方向からの平面視で、枠部４３と重なる枠状となっている。そして、リッド基板３は、この第３コンタクト面３３１において第２接合部材６２と接触している。そのため、リッド基板３と第２接合部材６２とがオーミック接触し、これらの間の抵抗をより低く抑えることができる。なお、本実施形態では、リッド基板３の第２接合部材６２との接触面の全域が第３コンタクト面３３１で構成されているが、これに限定されず、リッド基板３の第２接合部材６２との接触面の少なくとも一部が第３コンタクト面３３１で構成されていればよい。
本実施形態の場合、ベース基板２がＰ型シリコン基板であり、外部接続端子６５２と接続されてグランド電位となることから、ベース基板２と第１、第２接合部材６１、６２を介して電気的に接続されたリッド基板３もグランド電位となる。これにより、パッケージ１０がシールド層として機能し、振動素子５を外乱から保護することができる。また、パッケージ１０によって、振動デバイス１の内部から発生するノイズの放出を遮断でき、周囲の電子部品に与える影響を低減することができる。なお、パッケージ１０は、グランド以外の定電位となっていてもよい。
以上のような振動デバイス１では、図４に示すように、ベース基板２の第１接合部材６１との接続面である第２コンタクト面２６１および枠部４３の第１接合部材６１との接続面４１ａは、それぞれ、平坦面である。これにより、第２コンタクト面２６１に金属膜６１１を形成し易くなり、接続面４１ａに金属膜６１２を形成し易くなる。なお、平坦面とは、例えば、表面粗さＲａが、２００（ｎｍ）以下であることを意味する。ただし、これに限定されず、例えば、第２コンタクト面２６１および接続面４１ａの少なくとも一方が平坦面でなく、前述した表面粗さＲａを超えるような比較的大きい凹凸を有する面であってもよい。
同様に、リッド基板３の第２接合部材６２との接続面である第３コンタクト面３３１および枠部４３の第２接合部材６２との接続面４２ａは、それぞれ、平坦面である。これにより、第３コンタクト面３３１に金属膜６２１を形成し易くなり、接続面４２ａに金属膜６２２を形成し易くなる。なお、平坦面とは、例えば、表面粗さＲａが、２００（ｎｍ）以下であることを意味する。ただし、これに限定されず、例えば、第３コンタクト面３３１および接続面４２ａの少なくとも一方が平坦面でなく、前述した表面粗さＲａを超えるような比較的大きい凹凸を有する面であってもよい。
また、図６および図７に示すように、ベース基板２では、バンプＢ１、Ｂ２との接続面である第１コンタクト面２５１ａ、２５２ａと、第１接合部材６１との接続面である第２コンタクト面２６１と、が面一である。すなわち、第１コンタクト面２５１ａ、２５２ａと第２コンタクト面２６１とは、同一Ｘ−Ｙ平面上に位置している。また、中間基板４では、バンプＢ１、Ｂ２との接続面４１ｂと、上述した第１接合部材６１との接続面４１ａと、が面一である。すなわち、接続面４１ａ、４１ｂは、同一Ｘ−Ｙ平面上に位置している。このような構成とすることにより、例えば、バンプＢ１、Ｂ２を第１接合部材６１の厚さと同等の厚さとすることにより、第１接合部材６１を介してベース基板２と中間基板４とを接合すると同時にバンプＢ１、Ｂ２を介して第１コンタクト面２５１ａ、２５２ａと振動素子５との電気的な接続を容易にかつ確実に行うことができる。したがって、バンプＢ１、Ｂ２の厚さの制御が容易となる。
なお「面一」とは、上述したように、２つの面が同一Ｘ−Ｙ平面上に位置していることの他、例えば、製造上生じ得る誤差等、２つの面が若干ずれている場合も含む意味である。ただし、これに限定されず、第１コンタクト面２５１ａ、２５２ａと第２コンタクト面２６１が面一でなくてもよく、接続面４１ａ、４１ｂが面一でなくてもよい。
以上、振動デバイス１について説明した。このような振動デバイス１は、前述したように、第１導電型であるＰ型の半導体基板であるベース基板２と、リッド基板３と、ベース基板２とリッド基板３との間に配置されている振動素子５と、ベース基板２のリッド基板３側の面である上面２２上に配置されている配線２９２ａと、配線２９２ａと振動素子５とを電気的に接続する接続部材としてのバンプＢ１、Ｂ２と、を有する。また、ベース基板２は、Ｐ型とは異なる第２導電型であるＮ型のウェル２４１、２４２と、ウェル２４１、２４１に設けられ、上面２２に位置する第１コンタクト面２５１ａ、２５２ａを備えるＰ型の第１コンタクト領域２５１、２５２と、を有する。そして、配線２９２ａおよびバンプＢ１、Ｂ２は、それぞれ、第１コンタクト面２５１ａ、２５２ａと接触し、第１コンタクト領域２５１、２５２を介して電気的に接続されている。
このような構成の振動デバイス１によれば、バンプＢ１、Ｂ２を介して中間基板４から配線を引き出している。そのため、第１、第２接合部材６１、６２を引き出し配線として用いる必要がないため、他の配線との間に寄生容量が形成され難く、振動素子５の特性の低下を効果的に抑制することができる。なお、本実施形態では、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型としているが、これに限定されず、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型としてもよい。
また、前述したように、振動デバイス１は、ベース基板２とリッド基板３との間に配置され、振動素子５と、振動素子５を囲む枠状をなす枠部４３と、振動素子５と枠部４３とを連結する連結部４４と、を備える中間基板４と、枠部４３とベース基板２との間に位置し、枠部４３とベース基板２とを接合する導電性の第１接合部材６１と、枠部４３とリッド基板３との間に位置し、枠部４３とリッド基板３とを接合する導電性の第２接合部材６２と、を有する。このような構成によれば、ベース基板２、リッド基板３および枠部４３によって、振動素子５を収納するパッケージ１０が形成される。そのため、振動素子５を保護することができる。
また、前述したように、リッド基板３は、Ｐ型の半導体基板である。また、第１接合部材６１および第２接合部材６２は、電気的に接続されている。そして、ベース基板２とリッド基板３とは、第１接合部材６１および第２接合部材６２を介して電気的に接続されている。これにより、例えば、ベース基板２をグランド電位（定電位）とすることにより、パッケージ１０をシールド層として機能させることができ、振動素子５を外乱から保護することができる。
また、前述したように、ベース基板２は、周囲に対してＰ型の不純物が高濃度にドープされ、上面２２に位置する第２コンタクト面２６１を備えるＰ型の第２コンタクト領域２６を有する。そして、第１接合部材６１は、第２コンタクト面２６１に接触している。このような構成によれば、ベース基板２と第１接合部材６１とがオーミック接触し、これらの間の抵抗値をより低く抑えることができる。
また、前述したように、リッド基板３は、周囲に対してＰ型の不純物が高濃度にドープされ、下面３１に位置する第３コンタクト面３３１を備えるＰ型の第３コンタクト領域３３を有する。そして、第２接合部材６２は、第３コンタクト面３３１に接触している。このような構成によれば、リッド基板３と第２接合部材６２とがオーミック接触し、これらの間の抵抗値をより低く抑えることができる。
また、前述したように、ベース基板２は、バンプＢ１、Ｂ２との接続面である第１コンタクト面２５１ａ、２５２ａおよび第１接合部材６１との接続面である第２コンタクト面２６１が面一である。また、中間基板４は、バンプＢ１、Ｂ２との接続面４１ａおよび第１接合部材６１との接続面４１ｂが面一である。したがって、第１接合部材６１を介してベース基板２と中間基板４とを接合すると同時にバンプＢ１、Ｂ２を介して第１コンタクト面２５１ａ、２５２ａと振動素子５との電気的な接続を容易にかつ確実に行うことができる。
また、前述したように、振動デバイス１は、ベース基板２に形成され、配線２９２ａを含む発振回路としての回路２８を有する。このように、ベース基板２に回路２８を形成することにより、ベース基板２を有効利用することができる。
＜第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。図１０は、図９に示す構成の変形例を示す断面図である。
図９は、本発明の第２実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。図１０は、図９に示す構成の変形例を示す断面図である。
本実施形態に係る振動デバイス１は、主に、積層体２９の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動デバイス１と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態の振動デバイス１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９および図１０では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
図９に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、積層体２９は、第１絶縁層２９１と、第１配線層２９２と、第２絶縁層２９３と、第２配線層２９４と、保護層２９５と、が積層した構成となっている。第２配線層２９４は、内部接続端子２９４ａ、２９４ｂを有し、内部接続端子２９４ａ、２９４ｂは、それぞれ、第１配線層２９２と電気的に接続されている。保護層２９５は、積層体２９を水分等から保護する絶縁性のパッシベーション膜であり、内部接続端子２９４ａ、２９４ｂは、保護層２９５から露出している。
このような構成では、例えば、図９に示すように、第１コンタクト面２５１ａ、２５２ａと接触させてバンプＢ１、Ｂ２を配置するか、または、図１０に示すように、内部接続端子２９４ａ、２９４ｂと接触させてバンプＢ１、Ｂ２を配置するかを、例えば、振動素子５の形状や大きさによって、選択することができる。そのため、汎用性に優れ、利便性の高いベース基板２が得られる。
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１１は、本発明の第３実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
図１１は、本発明の第３実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
本実施形態に係る振動デバイス１は、主に、中間基板４を省略して、リッド基板３とベース基板２とを直接接合していること以外は、前述した第１実施形態の振動デバイス１と同様である。なお、以下の説明では、第３実施形態の振動デバイス１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の振動デバイス１では、中間基板４が省略されている。そして、図１１に示すように、振動デバイス１は、ベース基板２と、振動素子５と、リッド基板３と、を有する。また、リッド基板３は、下面３１に開放する凹部３９を有し、この凹部３９内に振動素子５が収納されている。また、リッド基板３の下面３１は、ベース基板２の上面２２と表面活性化接合法により直接接合されている。つまり、本実施形態では、ベース基板２とリッド基板３とで、振動素子５を収納するパッケージ１０が形成されている。このような構成によれば、例えば、前述した第１実施形態と比べて、部品点数を削減することができるため、低コストで、かつ、製造がより容易な振動デバイス１となる。また、表面活性化接合法によれば、リッド基板３およびベース基板２を常温で接合することができ、パッケージ１０に応力が残留し難くなる。また、接着剤、金属膜等の接合部材を介さずにベース基板２とリッド基板３とを接合することができるため、パッケージ１０の低背下を図ることができる。
以上のように、本実施形態の振動デバイス１では、リッド基板３は、ベース基板２側の下面３１に開放し、振動素子５を収納する凹部３９を有し、ベース基板２と直接接合されている。これにより、低コストで、かつ、製造がより容易な振動デバイス１となる。また、表面活性化接合法によれば、リッド基板３およびベース基板２を常温で接合することができるため、パッケージ１０に応力が残留し難くなる。また、接着剤、金属膜等の接合部材を介さずにベース基板２とリッド基板３とを接合することができるため、パッケージ１０の低背下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１２は、本発明の第４実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１２は、本発明の第４実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１２に示すラップトップ型のパーソナルコンピューター１１００は、本発明の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。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、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
また、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２や表示部１１０８などの制御に関する演算処理を行う演算処理回路を備えている。演算処理回路は、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する。
このように、電子機器としてのパーソナルコンピューター１１００は、振動デバイス１と、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理回路と、を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
＜第５実施形態＞
図１３は、本発明の第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１３は、本発明の第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１３に示す携帯電話機１２００は、本発明の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。携帯電話機１２００は、アンテナ、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、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
また、携帯電話機１２００は、操作ボタン１２０２などの制御に関する演算処理を行う演算処理回路を備えている。演算処理回路は、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する。
このように、電子機器としての携帯電話機１２００は、振動デバイス１と、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理回路と、を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
＜第６実施形態＞
図１４は、本発明の第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１４は、本発明の第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１４に示すデジタルスチールカメラ１３００は、本発明の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。ボディ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、ボディ１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズやＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、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を押すと、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。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
また、デジタルスチールカメラ１３００は、表示部１３１００や受光ユニット１３０４などの制御に関する演算処理を行う演算処理回路を備えている。演算処理回路は、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する。
このように、電子機器としてのデジタルスチールカメラ１３００は、振動デバイス１と、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理回路と、を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
なお、本発明の電子機器は、前述したパーソナルコンピューター、携帯電話機およびデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、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）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、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、移動体端末基地局用機器、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、ネットワークサーバー等に適用することができる。
＜第７実施形態＞
図１５は、本発明の第７実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
図１５は、本発明の第７実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
図１５に示す自動車１５００は、本発明の振動デバイスを備える移動体を適用した自動車である。自動車１５００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１と、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理回路が内蔵されている。そのような振動デバイス１と演算処理回路は、例えば、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）、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）に広く適用できる。
このように、移動体としての自動車１５００は、振動デバイス１と、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理回路と、を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
なお、移動体としては、自動車１５００に限定されず、例えば、飛行機、船舶、ＡＧＶ（無人搬送車）、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。
以上、本発明の振動デバイス、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以上の構成を組み合わせたものであってもよい。
１…振動デバイス、１０…パッケージ、２…ベース基板、２１…下面、２２…上面、２４１…ウェル、２４２…ウェル、２５１、２５２…第１コンタクト領域、２５１ａ、２５２ａ…第１コンタクト面、２６…第２コンタクト領域、２６１…第２コンタクト面、２８…回路、２９…積層体、２９１…第１絶縁層、２９２…第１配線層、２９２ａ…配線、２９３…第２絶縁層、２９４…第２配線層、２９４ａ、２９４ｂ…内部接続端子、２９５…保護層、３…リッド基板、３１…下面、３２…上面、３３…第３コンタクト領域、３３１…第３コンタクト面、３９…凹部、４…中間基板、４１…下面、４１ａ…接続面、４１ｂ…接続面、４２…上面、４２ａ…接続面、４３…枠部、４４…連結部、５…振動素子、５１…振動基板、５２…電極、５２１、５２２…励振電極、５２３、５２４…端子、５２５、５２６…配線、６１…第１接合部材、６１１…金属膜、６１１ａ…基部、６１１ｂ…めっき層、６１２…金属膜、６１２ａ…基部、６１２ｂ…めっき層、６２…第２接合部材、６２１…金属膜、６２１ａ…基部、６２１ｂ…めっき層、６２２…金属膜、６２２ａ…基部、６２２ｂ…めっき層、６５１、６５２、６５３…外部接続端子、６７…貫通電極、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…ボディ、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、１５００…自動車、Ｂ１、Ｂ２…バンプ、Ｇ１、Ｇ２…隙間、Ｓ…収納空間
Claims (10)
- 第１導電型の半導体基板であるベース基板と、
リッド基板と、
前記ベース基板と前記リッド基板との間に配置されている振動素子と、
前記ベース基板の前記リッド基板側の面上に配置されている配線と、
前記配線と前記振動素子とを電気的に接続する接続部材と、を有し、
前記ベース基板は、
前記第１導電型とは異なる第２導電型のウェルと、
前記ウェルに設けられ、前記リッド基板側の面に位置する第１コンタクト面を備える前記第１導電型の第１コンタクト領域と、を有し、
前記配線および前記接続部材は、それぞれ、前記第１コンタクト面と接触し、前記第１コンタクト領域を介して電気的に接続されていることを特徴とする振動デバイス。 - 前記ベース基板と前記リッド基板との間に配置され、前記振動素子と、前記振動素子を囲む枠状をなす枠部と、前記振動素子と前記枠部とを連結する連結部と、を備える中間基板と、
前記枠部と前記ベース基板との間に位置し、前記枠部と前記ベース基板とを接合する導電性の第１接合部材と、
前記枠部と前記リッド基板との間に位置し、前記枠部と前記リッド基板とを接合する導電性の第２接合部材と、を有する請求項１に記載の振動デバイス。 - 前記リッド基板は、第１導電型の半導体基板であり、
前記第１接合部材および前記第２接合部材は、電気的に接続され、
前記ベース基板と前記リッド基板とは、前記第１接合部材および前記第２接合部材を介して電気的に接続されている請求項２に記載の振動デバイス。 - 前記ベース基板は、
周囲に対して前記第１導電型の不純物が高濃度にドープされ、前記リッド基板側の面に位置する第２コンタクト面を備える前記第１導電型の第２コンタクト領域を有し、
前記第１接合部材は、前記第２コンタクト面に接触している請求項３に記載の振動デバイス。 - 前記リッド基板は、
周囲に対して前記第１導電型の不純物が高濃度にドープされ、前記ベース基板側の面に位置する第３コンタクト面を備える前記第１導電型の第３コンタクト領域を有し、
前記第２接合部材は、前記第３コンタクト面に接触している請求項３または４に記載の振動デバイス。 - 前記ベース基板は、前記接続部材との接続面および前記第１接合部材との接続面が面一であり、
前記中間基板は、前記接続部材との接続面および前記第１接合部材との接続面が面一である請求項２ないし５のいずれか１項に記載の振動デバイス。 - 前記リッド基板は、前記ベース基板側の面に開放し、前記振動素子を収納する凹部を有し、前記ベース基板と直接接合されている請求項１に記載の振動デバイス。
- 前記ベース基板に形成され、前記配線を含む発振回路を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動デバイス。
- 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動デバイスと、
前記振動デバイスの前記発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理装置と、を備えることを特徴とする電子機器。 - 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動デバイスと、
前記振動デバイスの前記発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理装置と、を備えることを特徴とする移動体。
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