JP2020161908A

JP2020161908A - 振動デバイス、発振器、電子機器および移動体

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Publication number: JP2020161908A
Application number: JP2019057428A
Authority: JP
Inventors: 直久小幡; Naohisa Obata
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: JP7314562B2

Abstract

【課題】優れた振動特性を発揮することのできる振動デバイス、発振器、電子機器および移動体を提供すること。
【解決手段】振動デバイスは、第１ベース端子および第２ベース端子を含むベースと、第１接合部材と、前記ベースに前記第１接合部材を介して接合されている中間基板と、第２接合部材と、素子基板、前記素子基板の第１面に配置されている第１励振電極、前記素子基板の第１面と反対の第２面に配置されている第２励振電極、前記第１励振電極と接続されている第１端子および前記第２励振電極と接続されている第２端子を含み、前記中間基板に前記第２接合部材を介して接合されている振動素子と、を備え、前記第１端子と前記第１ベース端子とが第１ワイヤーにより電気的に接続され、前記第２端子と前記第２ベース端子とが第２ワイヤーにより電気的に接続されている。
【選択図】図２

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ものである。

特許文献１に記載されている発振器は、ベースと、ベースに支持されている台座と、台座に支持されている振動素子と、を有する。また、振動素子は、導電性の接着剤を用いて台座に機械的および電気的に接続されている。

特開２００６−１３６５０号公報

このように、導電性の接着剤を用いて振動素子と台座との電気的な接続を行うと、電気的な接続が不十分となり、振動素子の振動特性に影響を与えるおそれ、特に、振動特性が不安定となるおそれがあった。

本適用例に係る振動デバイスは、第１ベース端子および第２ベース端子を含むベースと、
第１接合部材と、
前記ベースに前記第１接合部材を介して接合されている中間基板と、
第２接合部材と、
素子基板、前記素子基板の第１面に配置されている第１励振電極、前記素子基板の第１面と反対の第２面に配置されている第２励振電極、前記第１励振電極と接続されている第１端子および前記第２励振電極と接続されている第２端子を含み、前記中間基板に前記第２接合部材を介して接合されている振動素子と、を備え、
前記第１端子と前記第１ベース端子とが第１ワイヤーにより電気的に接続され、
前記第２端子と前記第２ベース端子とが第２ワイヤーにより電気的に接続されていることを特徴とする。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記中間基板および前記素子基板は、それぞれ、水晶により構成されていることが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記中間基板の結晶軸は、前記素子基板の結晶軸に沿っていることが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記素子基板は、ＡＴカット水晶基板により構成されていることが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、平面視で、前記第１ワイヤーが前記第１端子に接続されている箇所は、前記第２接合部材と重なっており、
平面視で、前記第２ワイヤーが前記第２端子に接続されている箇所は、前記第２接合部材と重なっていることが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、平面視で、前記第２接合部材は、前記第１接合部材と重なっていることが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記素子基板の前記第２接合部材と接合されている部分の厚さをＴ１とし、
前記中間基板の前記第２接合部材と接合されている部分の厚さをＴ２としたとき、
Ｔ２≧Ｔ１であることが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記素子基板の前記第１励振電極と前記第２励振電極とに挟まれている部分の厚さをＴ３としたとき、
Ｔ２≧Ｔ３であることが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記素子基板は、ＡＴカット水晶基板により構成され、水晶の結晶軸であるＸ軸方向に沿う辺を有し、
前記第１端子および前記第２端子は、前記辺に沿って並んで配置されていることが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記素子基板の前記第２接合部材と接合されている第１部分の厚さをＴ１とし、前記素子基板の前記第１励振電極と前記第２励振電極とに挟まれている第２部分の厚さをＴ３としたとき、
Ｔ３＞Ｔ１であり、
前記中間基板の前記振動素子側の面は、平面視で、前記第１部分と重なっている第１面と、前記第２部分と重なり、前記第１面に対して前記振動素子とは反対側に位置する第２面と、を有することが好ましい。

本適用例に係る発振器は、上述の振動デバイスと、
前記振動素子と電気的に接続され、発振信号を出力する発振回路と、を備えていることを特徴とする。

本適用例に係る電子機器は、上述の発振器と、
前記発振器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、を備えていることを特徴とする。

本適用例に係る移動体は、上述の発振器と、
前記発振器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、を備えていることを特徴とする。

第１実施形態に係る発振器を示す断面図である。図１中の発振器を示す平面図である。ＡＴカットのカット角を示す図である。図１の発振器の変形例を示す平面図である。第２実施形態に係る発振器の平面図である。第３実施形態に係る発振器の部分拡大断面図である。第４実施形態に係るパーソナルコンピューターを示す斜視図である。第５実施形態に係る携帯電話機を示す斜視図である。第６実施形態に係るデジタルスチールカメラを示す斜視図である。第７実施形態に係る自動車を示す斜視図である。

以下、本適用例の振動デバイス、発振器、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、第１実施形態に係る発振器を示す断面図である。図２は、図１中の発振器を示す平面図である。図３は、ＡＴカットのカット角を示す図である。図４は、図１の発振器の変形例を示す平面図である。なお、各図には、水晶の結晶軸であり、互いに直交するＸ軸、Ｙ’軸およびＺ’軸を示している。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ’軸に平行な方向を「Ｙ’軸方向」とも言い、Ｚ’軸に平行な方向を「Ｚ’軸方向」とも言う。また、各軸の矢印先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｙ’軸方向からの平面視を単に「平面視」とも言う。

図１に示すように、発振器１は、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）であり、パッケージ２と、パッケージ２に収納されている中間基板３、振動素子４および回路素子５と、を有する。発振器１は、振動デバイス１０を適用したものであり、振動デバイス１０は、パッケージ２、中間基板３および振動素子４から構成されている。ただし、発振器１としては、温度補償型水晶発振器に限定されない。

パッケージ２は、上面に開口する凹部２１１を備えるベース２１と、凹部２１１の開口を塞ぐようにベース２１の上面に接合部材２３を介して接合されているリッド２２と、を有する。パッケージ２の内側には凹部２１１によって内部空間Ｓが形成され、内部空間Ｓに中間基板３、振動素子４および回路素子５が収納されている。例えば、ベース２１は、アルミナ等のセラミックスで構成することができ、リッド２２は、コバール等の金属材料で構成することができる。ただし、ベース２１およびリッド２２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されない。

また、内部空間Ｓは、気密であり、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、振動素子４の振動特性が向上する。ただし、内部空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素またはＡｒ等の不活性ガスを封入した雰囲気であってもよく、減圧状態でなく大気圧状態または加圧状態となっていてもよい。

また、凹部２１１は、ベース２１の上面に開口している凹部２１１ａと、凹部２１１ａの底面に開口し、凹部２１１ａよりも開口幅が小さい凹部２１１ｂと、凹部２１１ｂの底面に開口し、凹部２１１ｂよりも開口幅が小さい凹部２１１ｃと、を有する。そして、凹部２１１ａの底面に中間基板３が第１接合部材Ｂ１を介して接合され、中間基板３の上面に振動素子４が第２接合部材Ｂ２を介して接合され、凹部２１１ｃの底面に回路素子５が接合されている。

このように、振動素子４とベース２１との間に中間基板３を介在させることにより、例えば、衝撃やパッケージ２の熱撓み等により生じる応力（以下、単に「パッケージ２からの応力」とも言う。）が振動素子４に伝わり難くなり、振動素子４の振動特性の低下や変動を抑制することができる。

第１、第２接合部材Ｂ１、Ｂ２は、機械的な接合を目的とし、電気的な接続を目的としていない。そのため、第１、第２接合部材Ｂ１、Ｂ２は、導電性であっても絶縁性であってもよい。導電性の接合部材としては、例えば、金バンプ、銀バンプ、銅バンプ、はんだバンプ等の各種金属バンプ、ポリイミド系、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系の各種接着剤に銀フィラー等の導電性フィラーを分散させた導電性接着剤等を用いることができる。一方、絶縁性の接合部材としては、例えば、ポリイミド系、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系の各種樹脂系の接着剤を用いることができる。なお、第１、第２接合部材Ｂ１、Ｂ２は、同種であってもよいし、異種であってもよい。

また、図２に示すように、平面視で、第２接合部材Ｂ２は、第１接合部材Ｂ１と重なっている。第２接合部材Ｂ２を第１接合部材Ｂ１に重ねて配置することにより、振動素子４を中間基板３に精度よく接合することができる。具体的には、例えば、中間基板３の上面に配置した第２接合部材Ｂ２に所定の力で振動素子４を押し付けることにより、当該振動素子４を中間基板３に接合することができる。第２接合部材Ｂ２を第１接合部材Ｂ１と重ねて配置することにより、第２接合部材Ｂ２が、中間基板３、第１接合部材Ｂ１およびベース２１の積層体からなる隙間のない構造体によって下方から支持された状態となるため、振動素子４の第２接合部材Ｂ２への押し付け力が逃げ難い。そのため、振動素子４を所定の力で第２接合部材Ｂ２に押し付けることができ、振動素子４を所望の接合強度でかつ所望の姿勢で中間基板３に接合することができる。したがって、振動素子４を中間基板３に精度よく接合することができる。

特に、本実施形態では、平面視で、第２接合部材Ｂ２の全域が第１接合部材Ｂ１と重なっている。そのため、前述した効果をより顕著に発揮することができる。ただし、これに限定されず、例えば、平面視で、第２接合部材Ｂ２の一部だけが、第１接合部材Ｂ１と重なっていてもよいし、全部が第１接合部材Ｂ１と重なっていなくてもよい。

また、図１に示すように、凹部２１１ａの底面には複数の内部端子２４１が配置されており、凹部２１１ｂの底面には複数の内部端子２４２が配置されており、ベース２１の下面には外部端子２４３が配置されている。本実施形態では、第１ベース端子に相当する内部端子２４１Ａと、第２ベース端子に相当する内部端子２４１Ｂの２つの内部端子２４１を有する。また、各内部端子２４１、２４２および外部端子２４３は、ベース２１内に形成されている図示しない内部配線を介して電気的に接続されている。また、各内部端子２４１Ａ、２４１Ｂは、それぞれ、第１、第２ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２を介して振動素子４の第１、第２端子４２３、４２４と電気的に接続され、各内部端子２４２は、第３ボンディングワイヤーＢＷ３を介して回路素子５と電気的に接続されている。

図２に示すように、振動素子４は、ＡＴカットの素子基板４１と、素子基板４１の表面に配置された電極４２と、を有する。素子基板４１は、厚みすべり振動モードを有し、三次の周波数温度特性を有している。そのため、優れた温度特性を有する振動素子４が得られる。

ここで、ＡＴカットの素子基板４１について簡単に説明すると、素子基板４１は、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、光学軸と呼ばれる。図３に示すように、素子基板４１は、Ｘ−Ｚ面をＸ軸回りに所定の角度θ回転させた平面に沿って切り出された「回転Ｙカット水晶基板」であり、θ＝３５°１５’回転させた平面に沿って切り出した基板を「ＡＴカット水晶基板」という。なお、以下では、角度θに対応してＸ軸まわりに回転したＹ軸およびＺ軸をＹ’軸およびＺ’軸とする。すなわち、素子基板４１は、Ｙ’軸方向に厚みを有し、Ｘ−Ｚ’面方向に広がりを有する。

図２に示すように、素子基板４１の外形は、Ｙ’軸方向からの平面視で矩形である。特に、本実施形態では、素子基板４１は、Ｘ軸方向を長辺とし、Ｚ’軸方向を短辺とする長手形である。また、素子基板４１は、メサ型をなしており、図１に示すように、厚みすべり振動する振動部４１１と、振動部４１１の周囲に位置し、振動部４１１よりも厚さが薄い支持部４１２と、を有する。また、振動部４１１は、支持部４１２に対してＹ’軸方向の両側に突出している。

ただし、素子基板４１は、これに限定されず、振動部４１１と支持部４１２とが同じ厚さであるフラット型であってもよいし、振動部４１１が支持部４１２よりも薄い逆メサ型であってもよい。また、素子基板４１の周囲を研削して面取りするベベル加工や、上面および下面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、メサ型の場合には、下面側および上面側の一方にだけ突出している構成であってもよいし、逆メサ型の場合には、下面側および上面側の一方にだけ凹没している構成であってもよい。また、素子基板４１は、ＡＴカット水晶基板に限定されず、他のカット角、例えば、Ｚカット、ＳＣカット、ＳＴカット、ＢＴカット等の水晶基板であってもよい。

また、素子基板４１の構成材料は、水晶に限定されず、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ_４）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、Ｚｎ_２Ｏ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ_３）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ_３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ_３）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２）、チタン酸ビスマスナトリウム（Ｎａ_０．５Ｂｉ_０．５ＴｉＯ_３）等の各種圧電材料であってもよいし、シリコン等の圧電材料以外の材料であってもよい。

図２に示すように、電極４２は、振動部４１１の上面に配置されている第１励振電極４２１と、振動部４１１の下面に配置され、振動部４１１を間に挟んで第１励振電極４２１と対向する第２励振電極４２２と、を有する。また、電極４２は、支持部４１２の上面に配置されている第１端子４２３および第２端子４２４と、第１励振電極４２１と第１端子４２３とを接続する第１引き出し配線４２５と、第２励振電極４２２と第２端子４２４とを接続する第２引き出し配線４２６と、を有する。

このような振動素子４は、図１および図２に示すように、支持部４１２のＸ軸方向マイナス側の端部において第２接合部材Ｂ２を介して中間基板３の上面に接合されている。特に、第２接合部材Ｂ２は、平面視で、素子基板４１のＺ’軸方向の中央部と重なっているため、振動素子４を安定した姿勢で中間基板３に接合することができる。なお、第２接合部材Ｂ２の構成としては、特に限定されず、例えば、図４に示すように、２つの第２接合部材Ｂ２によって振動素子４を中間基板３に接合してもよい。特に、図４に示す構成では、２つの第２接合部材Ｂ２が振動素子４のＸ軸方向マイナス側に位置する両角部に配置されているため、振動素子４の輪郭振動モードと呼ばれる不要振動を効果的に抑制することができる。そのため、振動漏れが減り、その分、振動素子４の振動特性が向上する。

また、図２に示すように、第１端子４２３は、第１ボンディングワイヤーＢＷ１（第１ワイヤー）を介して内部端子２４１Ａ（第１ベース端子）と電気的に接続されており、第２端子４２４は、第２ボンディングワイヤーＢＷ２（第２ワイヤー）を介して別の内部端子２４１Ｂ（第２ベース端子）と電気的に接続されている。このように、内部端子２４１Ａ、２４１Ｂと振動素子４との電気的な接続を第１、第２ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２を用いて行うことにより、これらの電気的な接続状態が安定し、振動素子４の振動特性が安定する。

また、平面視で、第１ボンディングワイヤーＢＷ１が第１端子４２３に接続されている箇所Ｐ１は、第２接合部材Ｂ２と重なっており、第２ボンディングワイヤーＢＷ２が第２端子４２４に接続されている箇所Ｐ２も、第２接合部材Ｂ２と重なっている。これら箇所Ｐ１、Ｐ２は、第２接合部材Ｂ２、中間基板３、第１接合部材Ｂ１およびベース２１の積層体からなる隙間のない構造体によって下方から支持された状態となっている。

そのため、第１、第２ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２を第１、第２端子４２３、４２４に接続する際に、キャピラリーを十分な力で第１、第２端子４２３、４２４に押し付けることができると共に、キャピラリーから第１、第２端子４２３、４２４に超音波を効果的に印加することができる。そのため、第１、第２ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２と第１、第２端子４２３、４２４との接合強度の低下を抑制することができ、振動素子４の電気的な接続状態がさらに安定する。そのため、振動素子４の振動特性がさらに安定する。

ただし、これに限定されず、箇所Ｐ１、Ｐ２の少なくとも一方は、平面視で、第２接合部材Ｂ２と重なっていなくてもよい。

中間基板３は、ベース２１と振動素子４との間に介在している。中間基板３は、パッケージ２からの応力を吸収、緩和し、当該応力を振動素子４に伝わり難くする機能を有する。図１に示すように、中間基板３は、板状であり、その下面が第１接合部材Ｂ１を介して凹部２１１ａの底面に接合されている。そして、中間基板３の上面に第２接合部材Ｂ２を介して振動素子４が接合されている。

このような中間基板３は、素子基板４１と同じ材料で構成されている。つまり、本実施形態では、中間基板３は、水晶で構成されている。中間基板３を振動素子４と同じ水晶で構成することにより、中間基板３と振動素子４の熱膨張係数を等しくすることができる。そのため、中間基板３と振動素子４との間には、互いの熱膨張係数差に起因する熱応力が実質的に生じず、振動素子４が応力をより受け難くなる。そのため、振動素子４の振動特性の低下や変動をより効果的に抑制することができる。

特に、中間基板３は、素子基板４１と同じカット角の水晶基板から形成されている。前述したように、素子基板４１は、ＡＴカット水晶基板から形成されているため、中間基板３もＡＴカット水晶基板から形成されている。さらに、中間基板３の結晶軸は、素子基板４１の結晶軸に沿っている。具体的には、中間基板３の結晶軸のＸ軸が素子基板４１の結晶軸のＸ軸に沿っており、中間基板３の結晶軸のＹ軸が素子基板４１の結晶軸のＹ軸に沿っており、中間基板３の結晶軸のＺ軸が素子基板４１の結晶軸のＺ軸に沿っている。水晶は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれで熱膨張係数が異なるため、中間基板３と素子基板４１とを同じカット角とし、互いの結晶軸の向きを揃えることにより、中間基板３と素子基板４１との間で前述の熱応力がより生じ難くなる。そのため、振動素子４がさらに応力を受け難くなり、その振動特性の低下や変動をさらに効果的に抑制することができる。

中間基板３の厚さは、特に限定されないが、中間基板３の厚さをＴ２とし、振動素子４の振動部４１１の厚さをＴ３とし、支持部４１２の厚さをＴ１としたとき、Ｔ２≧Ｔ１であり、さらに、Ｔ２≧Ｔ３である。このような関係とすることにより、中間基板３を十分に厚くすることができ、前述したパッケージ２からの応力の緩和吸収効果をより顕著に発揮することができる。なお、厚さＴ２の上限としては、特に限定されないが、例えば、過度な厚肉化を抑制する観点から、Ｔ２／Ｔ３≦３．０であることが好ましく、Ｔ２／Ｔ３≦２．５であることがより好ましく、Ｔ２／Ｔ３≦２．０であることがさらに好ましい。なお、中間基板３の厚さＴ２は、より具体的には、中間基板３の第２接合部材Ｂ２と接合している部分の平均厚さのことを言い、支持部４１２の厚さＴ１は、より具体的には、支持部４１２の第２接合部材Ｂ２と接合している部分の平均厚さのことを言う。

ただし、中間基板３としては、これに限定されず、例えば、素子基板４１と同じカット角であるが、結晶軸の方向が素子基板４１とは異なっていてもよい。また、中間基板３は、素子基板４１と異なるカット角の水晶板から形成されていてもよい。また、中間基板３の構成材料は、水晶でなくてもよい。また、中間基板３の構成材料は、素子基板４１の構成材料と異なっていてもよい。また、厚さＴ２は、Ｔ２＜Ｔ１であってもよい。

回路素子５は、温度センサー５１と、発振回路５２と、を有する。発振回路５２は、振動素子４を発振させ、温度センサー５１の検出温度に基づいて温度補償された発振信号を生成する機能を有する。つまり、発振回路５２は、振動素子４と電気的に接続され、振動素子４の出力信号を増幅し、増幅した信号を振動素子４にフィードバックすることにより振動素子４を発振させる発振回路部と、温度センサー５１から出力される温度情報に基づいて、出力信号の周波数変動が振動素子４の周波数温度特性よりも小さくなるように温度補償する温度補償回路部と、を有する。なお、発振回路５２としては、例えば、ピアース発振回路、インバーター型発振回路、コルピッツ発振回路、ハートレー発振回路等の発振回路を用いることができる。

以上、発振器１について説明した。このような発振器１に適用されている振動デバイス１０は、前述したように、第１ベース端子および第２ベース端子としての２つの内部端子２４１Ａ、２４１Ｂを含むベース２１と、第１接合部材Ｂ１と、ベース２１に第１接合部材Ｂ１を介して接合されている中間基板３と、第２接合部材Ｂ２と、素子基板４１、素子基板４１の第１面である上面に配置されている第１励振電極４２１、素子基板４１の上面と反対の第２面である下面に配置されている第２励振電極４２２、第１励振電極４２１と接続されている第１端子４２３および第２励振電極４２２と接続されている第２端子４２４を含み、中間基板３に第２接合部材Ｂ２を介して接合されている振動素子４と、を備える。そして、第１端子４２３と一方の内部端子２４１Ａとが第１ワイヤーとしての第１ボンディングワイヤーＢＷ１により接続され、第２端子４２４と他方の内部端子２４１Ｂとが第２ワイヤーとしての第２ボンディングワイヤーＢＷ２により接続されている。

このように、ベース２１と振動素子４との間に中間基板３を介在させることにより、中間基板３がパッケージ２からの応力を吸収、緩和し、当該応力が振動素子４に伝わり難くなる。そのため、温度特性のヒステリシスが小さくなり、振動素子４の振動特性が安定する。特に、本実施形態では、振動素子４が１つの第２接合部材Ｂ２によって、片持ち支持、特に一点支持されているため、振動素子４に応力がより伝わり難く、振動素子４の振動特性がさらに安定する。このような効果に加えて、ベース２１と振動素子４とを第１、第２ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２によって電気的に接続することにより、これらの電気的な接続状態が安定し、振動素子の振動特性が安定する。したがって、優れた振動特性を安定して発揮することのできる振動デバイス１０となる。

また、前述したように、中間基板３および素子基板４１は、それぞれ、水晶により構成されている。このように、中間基板３と素子基板４１とを同じ材料から構成することにより、中間基板３と素子基板４１の熱膨張係数を等しくすることができる。そのため、中間基板３と素子基板４１との間には、互いの熱膨張係数差に起因する熱応力が実質的に生じず、振動素子４が応力をより受け難くなる。そのため、振動素子４の振動特性の低下や変動をより効果的に抑制することができる。

また、前述したように、中間基板３の結晶軸は、素子基板４１の結晶軸に沿っている。水晶は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれで熱膨張係数が異なるため、中間基板３と素子基板４１とを同じカット角とし、互いの結晶軸の向きを揃えることにより、中間基板３と素子基板４１との間で前述の熱応力がより生じ難くなる。そのため、振動素子４がさらに応力を受け難くなり、その振動特性の低下や変動をさらに効果的に抑制することができる。

また、前述したように、素子基板４１は、ＡＴカット水晶基板により構成されている。ＡＴカット水晶基板は、厚みすべり振動モードを有し、三次の周波数温度特性を有している。そのため、素子基板４１をＡＴカット水晶基板とすることにより、優れた温度特性を有する振動素子４となる。

また、前述したように、平面視で、第１ボンディングワイヤーＢＷ１が第１端子４２３に接続されている箇所Ｐ１は、第２接合部材Ｂ２と重なっており、平面視で、第２ボンディングワイヤーＢＷ２が第２端子４２４に接続されている箇所Ｐ２は、第２接合部材Ｂ２と重なっている。これにより、第１、第２ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２を第１、第２端子４２３、４２４に接続する際に、キャピラリーを十分な力で第１、第２端子４２３、４２４に押し付けることができると共に、キャピラリーから第１、第２端子４２３、４２４に超音波を効果的に印加することができる。そのため、第１、第２ボンディングワイヤーＢＷ１、ＢＷ２と第１、第２端子４２３、４２４との接合強度の低下を抑制することができ、振動素子４の電気的な接続状態がさらに安定する。

また、前述したように、平面視で、第２接合部材Ｂ２は、第１接合部材Ｂ１と重なっている。これにより、第２接合部材Ｂ２が第１接合部材Ｂ１によって下方から支持され、振動素子４を所定の力で第２接合部材Ｂ２に押し付けることができ、振動素子４を所望の接合強度でかつ所望の姿勢で中間基板３に接合することができる。したがって、振動素子４を中間基板３に精度よく接合することができる。

また、前述したように、素子基板４１の第２接合部材Ｂ２と接合されている部分である支持部４１２の厚さをＴ１とし、中間基板３の第２接合部材Ｂ２と接合されている部分の厚さをＴ２としたとき、Ｔ２≧Ｔ１である。さらに、素子基板４１の第１励振電極４２１と第２励振電極４２２とに挟まれている部分である振動部４１１の厚さをＴ３としたとき、Ｔ２≧Ｔ３である。このような関係とすることにより、中間基板３を十分に厚くすることができ、パッケージ２からの応力の緩和吸収効果をより顕著に発揮することができる。

また、前述したように、発振器１は、振動デバイス１０と、振動素子４と電気的に接続され、発振信号を出力する発振回路５２と、を備えている。そのため、発振器１は、上述した振動デバイス１０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２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係る発振器の平面図である。

本実施形態に係る発振器１は、振動素子４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の発振器１と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態の発振器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５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５に示す振動素子４が有する素子基板４１は、前述した第１実施形態と同様にＡＴカット水晶基板から構成されている。また、素子基板４１は、平面視形状が矩形であり、Ｘ軸方向に沿う２つの辺４１ａ、４１ｂを有する。そして、本実施形態では、第１端子４２３および第２端子４２４は、辺４１ａに沿って並んで配置されている。また、平面視で、振動部４１１をＸ軸方向に延長した領域を領域Ｑ１としたとき、第２接合部材Ｂ２は、領域Ｑ１の外側に位置し、領域Ｑ１の外側において、振動素子４と中間基板３とを接合している。また、平面視で、第２接合部材Ｂ２は、箇所Ｐ１、Ｐ２と重なっている。

ここで、振動部４１１ではＸ軸方向に沿った厚み滑り振動が生じるため、振動素子４を、領域Ｑ１内において第２接合部材Ｂ２を介して中間基板３に接合すると、例えば、振動素子４のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が増加し、振動特性に影響を与えるおそれがある。そこで、本実施形態では、第２接合部材Ｂ２を領域Ｑ１の外側に配置することにより、このような問題の発生を抑制している。

以上のように、本実施形態では、素子基板４１は、ＡＴカット水晶基板により構成され、水晶の結晶軸であるＸ軸方向に沿う辺４１ａ、４１ｂを有する。そして、第１端子４２３および第２端子４２４は、辺４１ａに沿って並んで配置されている。第１、第２端子４２３、４２４をこのような配置することにより、平面視で、第２接合部材Ｂ２を領域Ｑ１の外側に位置させ易くなる。そのため、上述したような振動素子４のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の増加が抑制され、安定した振動特性を発揮することのできる振動素子４となる。

以上のような第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６は、第３実施形態に係る発振器の部分拡大断面図である。

本実施形態に係る発振器１は、中間基板３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の発振器１と同様である。なお、以下の説明では、第３実施形態の発振器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６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６に示すように、本実施形態の振動素子４は、前述した第１実施形態と同様にメサ型となっている。すなわち、振動部４１１の厚さＴ３が支持部４１２の厚さＴ１よりも厚くなっている。また、中間基板３は、平面視で、支持部４１２のみならず、振動部４１１とも重なって配置されている。これにより、例えば、前述した第１実施形態と比べて第１接合部材Ｂ１の塗布面積が増え、ベース２１と中間基板３との接合強度が増す。また、中間基板３は、平面視で振動部４１１と重なる部分に切り欠きを有する。そのため、中間基板３の上面３１は、支持部４１２と重なり、第２接合部材Ｂ２を介して振動素子４が接合されている第１面３１１と、振動部４１１と重なり、第１面３１１よりも下方に位置する第２面３１２と、を有する。このように、第２面３１２を第１面３１１よりも下方にずらすことにより、上面３１と振動部４１１との間に十分な隙間を確保することができ、振動素子４と中間基板３との接触を効果的に抑制することができる。

以上のように、本実施形態では、素子基板４１の第２接合部材Ｂ２と接合されている第１部分である支持部４１２の厚さをＴ１とし、素子基板４１の第１励振電極４２１と第２励振電極４２２とに挟まれている第２部分である振動部４１１の厚さをＴ３としたとき、Ｔ３＞Ｔ１である。また、中間基板３の振動素子４側の面である上面３１は、平面視で、支持部４１２と重なっている第１面３１１と、振動部４１１と重なり、第１面３１１に対して下側すなわち振動素子４とは反対側に位置する第２面３１２と、を有する。これにより、中間基板３と振動素子４との接触を抑制しつつ、中間基板３とベース２１との接合強度を高めることができる。

以上のような第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７は、第４実施形態に係るパーソナルコンピューターを示す斜視図である。

図７に示す電子機器としての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、発振器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１１１０を備えている。演算処理回路１１１０は、発振器１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、発振器１と、発振器１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１１１０と、を備える。そのため、前述した発振器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８は、第５実施形態に係る携帯電話機を示す斜視図である。

図８に示す電子機器としての携帯電話機１２００は、図示しないアンテナ、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、発振器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１２１０を備えている。演算処理回路１２１０は、発振器１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、発振器１と、発振器１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１２１０と、を備える。そのため、前述した発振器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９は、第６実施形態に係るデジタルスチールカメラを示す斜視図である。

図９に示すデジタルスチールカメラ１３００は、ボディ１３０２を有し、ボディ１３０２の背面にはＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う表示部１３１０が設けられている。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１３１０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１３１２を備えている。演算処理回路１３１２は、発振器１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、発振器１と、発振器１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１３１２と、を備える。そのため、前述した発振器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、本適用例の電子機器は、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１０は、第７実施形態に係る自動車を示す斜視図である。

図１０に示す自動車１５００には、発振器１と、発振器１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１５１０が内蔵されている。そのような発振器１と演算処理回路１５１０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、発振器１と、発振器１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１５１０と、を備える。そのため、前述した発振器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、本適用例の振動デバイス、発振器、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、本適用例は、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、本適用例に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本適用例は、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…発振器、１０…振動デバイス、２…パッケージ、２１…ベース、２１１、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ…凹部、２２…リッド、２３…接合部材、２４１、２４１Ａ、２４１Ｂ、２４２…内部端子、２４３…外部端子、３…中間基板、３１…上面、３１１…第１面、３１２…第２面、４…振動素子、４１…素子基板、４１ａ、４１ｂ…辺、４１１…振動部、４１２…支持部、４２…電極、４２１…第１励振電極、４２２…第２励振電極、４２３…第１端子、４２４…第２端子、４２５…第１引き出し配線、４２６…第２引き出し配線、５…回路素子、５１…温度センサー、５２…発振回路、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、１１１０…演算処理回路、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１２１０…演算処理回路、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、１３１２…演算処理回路、１５００…自動車、１５１０…演算処理回路、Ｂ１…第１接合部材、Ｂ２…第２接合部材、ＢＷ１…第１ボンディングワイヤー、ＢＷ２…第２ボンディングワイヤー、ＢＷ３…第３ボンディングワイヤー、Ｐ１、Ｐ２…箇所、Ｑ１…領域、Ｓ…内部空間、Ｘ、Ｙ、Ｙ’、Ｚ、Ｚ’…結晶軸、θ…角度

Claims

第１ベース端子および第２ベース端子を含むベースと、
第１接合部材と、
前記ベースに前記第１接合部材を介して接合されている中間基板と、
第２接合部材と、
素子基板、前記素子基板の第１面に配置されている第１励振電極、前記素子基板の第１面と反対の第２面に配置されている第２励振電極、前記第１励振電極と接続されている第１端子および前記第２励振電極と接続されている第２端子を含み、前記中間基板に前記第２接合部材を介して接合されている振動素子と、を備え、
前記第１端子と前記第１ベース端子とが第１ワイヤーにより電気的に接続され、
前記第２端子と前記第２ベース端子とが第２ワイヤーにより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。
前記中間基板および前記素子基板は、それぞれ、水晶により構成されている請求項１に記載の振動デバイス。
前記中間基板の結晶軸は、前記素子基板の結晶軸に沿っている請求項２に記載の振動デバイス。
前記素子基板は、ＡＴカット水晶基板により構成されている請求項２または３に記載の振動デバイス。
平面視で、前記第１ワイヤーが前記第１端子に接続されている箇所は、前記第２接合部材と重なっており、
平面視で、前記第２ワイヤーが前記第２端子に接続されている箇所は、前記第２接合部材と重なっている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動デバイス。
平面視で、前記第２接合部材は、前記第１接合部材と重なっている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動デバイス。
前記素子基板の前記第２接合部材と接合されている部分の厚さをＴ１とし、
前記中間基板の前記第２接合部材と接合されている部分の厚さをＴ２としたとき、
Ｔ２≧Ｔ１である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動デバイス。
前記素子基板の前記第１励振電極と前記第２励振電極とに挟まれている部分の厚さをＴ３としたとき、
Ｔ２≧Ｔ３である請求項７に記載の振動デバイス。
前記素子基板は、ＡＴカット水晶基板により構成され、水晶の結晶軸であるＸ軸方向に沿う辺を有し、
前記第１端子および前記第２端子は、前記辺に沿って並んで配置されている請求項１ないし３のいずれか１項、または請求項５ないし８のいずれか１項に記載の振動デバイス。
前記素子基板の前記第２接合部材と接合されている第１部分の厚さをＴ１とし、前記素子基板の前記第１励振電極と前記第２励振電極とに挟まれている第２部分の厚さをＴ３としたとき、
Ｔ３＞Ｔ１であり、
前記中間基板の前記振動素子側の面は、平面視で、前記第１部分と重なっている第１面と、前記第２部分と重なり、前記第１面に対して前記振動素子とは反対側に位置する第２面と、を有する請求項１ないし９のいずれか１項に記載の振動デバイス。
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の振動デバイスと、
前記振動素子と電気的に接続され、発振信号を出力する発振回路と、を備えていることを特徴とする発振器。
請求項１１に記載の発振器と、
前記発振器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、を備えていることを特徴とする電子機器。
請求項１１に記載の発振器と、
前記発振器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、を備えていることを特徴とする移動体。