JP2021072464A - 振動デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図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、表裏関係にある第１面５ａおよび第２面５ｂを有する半導体基板５と、半導体基板５に配置されている振動片４と、第１面に設けられ、振動片４を発振させる発振回路７Ａと、第１面に設けられ、振動片を加熱する通電により発熱するヒーターを有する発熱回路７Ｃの一部と、第２面に設けられている第１端子７６１および第２端子７６２と、半導体基板５を貫通し、第１端子と発振回路とを電気的に接続する第１貫通電極７７１と、半導体基板５を貫通し、第２端子と発熱回路７Ｃの一部とを電気的に接続する少なくとも１つの第２貫通電極７７２と、を備える。【選択図】図２

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に記載されている発振器は、温槽付水晶発振器であり、温度センサーおよびヒーター回路を備えているＩＣ基板に水晶片が固定されており、これらがパッケージに収容されている。

特開２０１５−３３０６５号

しかしながら、特許文献１の発振器では、ヒーターをＩＣ基板の表面に蛇行状に這わせて形成している。例えば、このような構成のヒーターを、発振回路等と同じ集積回路内に形成しようとすると、回路を形成するのに必要な面積が大きくなってしまい、発振器の大型化を招いてしまう。

本適用例に係る振動デバイスは、表裏関係にある第１面および第２面を有する半導体基板と、
前記半導体基板に配置されている振動片と、
前記第１面に設けられ、前記振動片を発振させる発振回路と、
前記第１面に設けられ、前記振動片を加熱する発熱回路の一部と、
前記第２面に設けられている第１端子および第２端子と、
前記半導体基板を貫通し、前記第１端子と前記発振回路とを電気的に接続する第１貫通電極と、
前記半導体基板を貫通し、前記第２端子と前記発熱回路の一部とを電気的に接続する少なくとも１つの第２貫通電極を備え、通電により発熱するヒーターと、を有する。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記第１貫通電極および前記第２貫通電極は、それぞれ、前記半導体基板を貫通している貫通孔と、前記貫通孔の内壁に配置されている絶縁膜と、前記貫通孔内に充填されている導電性材料と、を有することが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記ヒーターは、２つ以上の前記第２貫通電極を有することが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記発熱回路は、前記２つ以上の前記第２貫通電極のうち、通電により発熱させる前記第２貫通電極を選択するためのスイッチ素子を有することが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記振動片を収納し、前記半導体基板に接合されている第１リッドを有することが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記半導体基板を収納するパッケージを有することが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記パッケージは、前記半導体基板が固定されている第３面を有する実装基板と、
前記実装基板の前記第３面に接合されている第２リッドと、
前記第３面に配置され、前記実装基板よりも熱伝導率の低い低熱伝導膜と、を有することが好ましい。

本適用例に係る電子機器は、上述の振動デバイスと、
前記振動デバイスから出力される信号に基づいて動作する演算処理回路と、を備えている。

本適用例に係る移動体は、上述の振動デバイスと、
前記振動デバイスから出力される信号に基づいて動作する演算処理回路と、を備えている。

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１の振動デバイスが有する内側パッケージを示す断面図である。 発熱回路の一例を示す回路図である。 発熱回路が有するヒーターを示す断面図である。 図４のヒーターを示す平面図である。 図１の振動デバイスが有する振動片を示す平面図である。 第２実施形態に係る振動デバイスが有するヒーターを示す断面図である。 第３実施形態に係る振動デバイスが有するヒーターを示す断面図である。 発熱回路の一部を示す回路図である。 第４実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。 第５実施形態のスマートフォンを示す斜視図である。 第６実施形態の自動車を示す斜視図である。

以下、本適用例に係る振動デバイス、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、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、図１の振動デバイスが有する内側パッケージを示す断面図である。図３は、発熱回路の一例を示す回路図である。図４は、発熱回路が有するヒーターを示す断面図である。図５は、図４のヒーターを示す平面図である。図６は、図１の振動デバイスが有する振動片を示す平面図である。なお、説明の便宜上、図３を除く各図には、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、Ｚ軸の矢印が向く側を「上」とも言い、反対側を「下」とも言う。また、Ｚ軸からの平面視を単に「平面視」とも言う。また、以下の説明では、「上面に形成（配置）」とは、上面に直接形成（配置）する場合の他、上面から所定距離離間した位置に形成（配置）する場合、すなわち、「上面側に形成（配置）」する場合も含む。下面についても同様である。

図１に示す振動デバイス１は、発振器であり、特にＯＣＸＯ（恒温槽型水晶発振器）である。振動デバイス１は、外側パッケージ２と、外側パッケージ２に収容されている内側パッケージ３と、内側パッケージ３に収納されている振動片４と、を有する。

図２に示すように、内側パッケージ３は、半導体基板としてのベース基板５と、第１リッド６と、を有する。以下では、第１リッド６を単にリッド６とも言う。ベース基板５は、シリコン基板である。ただし、ベース基板５としては、特に限定されず、シリコン以外の半導体基板、例えば、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板を用いてもよい。

また、ベース基板５は、表裏関係にある第１面としての上面５ａおよび第２面としての下面５ｂを有し、その表面が絶縁膜５０で覆われている。また、上面５ａには振動片４と電気的に接続されている集積回路７が形成されている。集積回路７は、素子分離領域Ｔ１と、素子分離領域Ｔ１に囲まれた活性化領域Ｔ２と、を有し、活性化領域Ｔ２にトランジスター等の図示しない能動素子が形成されている。ベース基板５に集積回路７を形成することにより、ベース基板５のスペースを有効活用することができる。

また、ベース基板５の上面５ａには、絶縁層７１、配線層７２、絶縁層７３、パッシベーション膜７４および端子層７５が積層している積層体７０が設けられ、配線層７２に含まれる配線を介して、上面５ａに形成された複数の図示しない能動素子が電気的に接続され、集積回路７が構成されている。端子層７５は、配線層７２と電気的に接続されており、振動片４との電気的な接続をとるための一対の端子７５１、７５２を含む。なお、説明の便宜上、積層体７０に１つの配線層７２が含まれている構成としているが、これに限定されず、複数の配線層７２が絶縁層７３を介して積層されていてもよい。つまり、絶縁層７１とパッシベーション膜７４との間に、配線層７２と絶縁層７３とが交互に複数回積層されていてもよい。

また、集積回路７は、発振回路７Ａと、温度制御用回路７Ｂと、発熱回路７Ｃの一部と、温度センサー７Ｄと、を含む。発振回路７Ａは、振動片４の両端に接続され、振動片４から出力される信号を増幅して振動片４にフィードバックすることにより振動片４を発振させる。また、温度制御用回路７Ｂは、温度センサー７Ｄの出力信号に基づき発熱制御信号を出力する。

また、発熱回路７Ｃは、集積回路７に含まれる部分である図３中の領域Ｑ内に位置する回路素子の他に、温度制御用回路７Ｂが出力する発熱制御信号に応じて発熱するヒーター７Ｃ１を有し、ヒーター７Ｃ１の発熱により内側パッケージ３や振動片４を加熱する。ヒーター７Ｃ１は、通電により発熱するものであり、温度制御用回路７Ｂによって振動片４の温度が一定となるようにヒーター７Ｃ１の駆動が制御される。そのため、振動片４の温度が安定し、発振回路７Ａから安定した周波数特性を有する発振信号を出力することができる。なお、発振回路７Ａ、温度制御用回路７Ｂ、発熱回路７Ｃのヒーター７Ｃ１以外の部分、および温度センサー７Ｄの構成については、それぞれ、その目的を達成することができれば、特に限定されない。例えば、発熱回路７Ｃとしては、図３に示すような回路を用いることができる。

また、ベース基板５の下面５ｂには複数の端子７６が設けられている。これら端子７６は、外側パッケージ２と電気的な接続を図るための接続端子として機能する。複数の端子７６には、発振回路７Ａと電気的に接続されている第１端子７６１と、発熱回路７Ｃと電気的に接続されている第２端子７６２と、が含まれている。なお、図１では、第１、第２端子７６１、７６２がそれぞれ１つずつ図示されているが、第１、第２端子７６１、７６２の数は、特に限定されず、例えば、集積回路７の回路構成に応じて適宜設定することができる。

また、各端子７６は、ベース基板５を厚さ方向に貫通する貫通電極７７を介して集積回路７と電気的に接続されている。これら貫通電極７７は、第１端子７６１と発振回路７Ａとを電気的に接続している第１貫通電極７７１と、第２端子７６２と発熱回路７Ｃとを電気的に接続している第２貫通電極７７２と、を有する。これら第１、第２貫通電極７７１、７７２は、ベース基板５を厚さ方向に貫通する貫通孔５１と、貫通孔５１の内壁に配置されている絶縁膜５０と、貫通孔５１内に充填されている導電性材料で構成されている導電部５２と、を有する。また、第１、第２貫通電極７７１、７７２は、それぞれ、素子分離領域Ｔ１と重ならず、活性化領域Ｔ２と重なるように形成されている。

次に、発熱回路７Ｃが備えるヒーター７Ｃ１について説明する。図４に示すように、本実施形態のヒーター７Ｃ１は、１つの第２貫通電極７７２で構成されている。つまり、ヒーター７Ｃ１は、ベース基板５内に配置されている。前述の従来技術では、発熱回路７Ｃの表面にヒーター７Ｃ１が配置されているため、このような発熱回路７Ｃを発振回路７Ａと共に集積回路７に形成すると、集積回路７の面積、つまり、Ｘ−Ｙ平面に沿った面積が大きくなってしまい、振動デバイス１の大型化を招く。これに対して、本実施形態のようにベース基板５内にヒーター７Ｃ１を配置することにより、集積回路７の面積を小さくすることができ、その分、振動デバイス１の小型化を図ることができる。また、ベース基板５内にはヒーター７Ｃ１を形成可能なスペースが十分に確保されている。つまり、もともと余っているスペースにヒーター７Ｃ１を配置することができる。そのため、ベース基板５の大型化を実質的に伴うことなく、必要な熱量のヒーター７Ｃ１を配置することができる。

なお、第２貫通電極７７２が複数配置されている場合には、ヒーター７Ｃ１として用いられない第２貫通電極７７２が含まれていてもよい。

ヒーター７Ｃ１を構成する第２貫通電極７７２は、前述したように、ベース基板５を厚さ方向に貫通する貫通孔５１と、貫通孔５１の内壁に配置されている絶縁膜５０と、貫通孔５１内に充填されている導電性材料から構成されている導電部５２と、を有する。そして、ヒーター７Ｃ１は、その下端において導電部５２と第２端子７６２とが電気的に接続され、上端において導電部５２と配線層７２とが電気的に接続されている。また、第２端子７６２側がグランドに接続されており、配線層７２から導電部５２に発熱制御信号（電流）が印加されると導電部５２が発熱する。このようなヒーター７Ｃ１を構成する第２貫通電極７７２は、端子７６や配線層７２との接続を含めて第１貫通電極７７１と同様の構成である。そのため、ヒーター７Ｃ１を第１貫通電極７７１と一括して形成することができる。つまり、ヒーター７Ｃ１を形成するための工程を別途設けなくてもよいため、製造工程の煩雑化を招くことなく振動デバイス１を製造することができる。なお、第２端子７６２は、配線であってもよい。

また、図５に示すように、ヒーター７Ｃ１を構成する第２貫通電極７７２は、平面視で、長手方向がＹ軸に沿った形状となっている。特に、本実施形態では、Ｙ軸方向を長手方向とする長方形となっている。このように、第２貫通電極７７２を長手形状とすることにより、第２貫通電極７７２の横断面積を小さく抑えつつ、つまり、導電部５２の電気抵抗を高くしつつ、第２貫通電極７７２の表面積をより大きくすることができる。そのため、導電部５２の発熱効率を高めつつ、発生した熱をベース基板５の広範囲に効率的に伝えることができる。その結果、振動片４を効率的に加熱することができる。また、内側パッケージ３をむらなく効率的に加熱することができるため、温度むらの小さい内側パッケージ３となり、振動片４が外部温度の影響をより受け難くなる。つまり、振動片４をより安定した温度環境に置くことができ、振動片４の温度変化をより効果的に抑制することできる。そのため、振動片４の温度を一定に保ち易くなり、優れた周波数特性を有する振動デバイス１が得られる。

ただし、ヒーター７Ｃ１を構成する第２貫通電極７７２の形状としては、特に限定されず、例えば、第２貫通電極７７２は、途中で屈曲または湾曲していてもよいし、途中で幅が変化していてもよい。また、第２貫通電極７７２は、Ｙ軸方向とは異なる方向、例えば、Ｘ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して傾斜する方向に延在する長手形状であってもよい。また、第２貫通電極７７２は、長手形状でない形状、例えば、正方形、円形、異形等であってもよい。

また、ヒーター７Ｃ１を構成する第２貫通電極７７２は、ベース基板５の外縁部に配置されている。これにより、ヒーター７Ｃ１の熱をベース基板５とリッド６とに均等に伝えることができ、より温度むらの小さい内側パッケージ３となる。そのため、振動片４をより安定した温度環境に置くことができ、振動片４の温度変化をより効果的に抑制することできる。その結果、振動片４の温度を一定に保ち易くなり、優れた周波数特性を有する振動デバイス１が得られる。

ただし、ヒーター７Ｃ１を構成する第２貫通電極７７２の配置としては、特に限定されず、例えば、ベース基板５の中央部に配置してもよい。これにより、ベース基板５を、その中央部から加熱することができるため、ベース基板５をむらなく加熱することができる。また、ヒーター７Ｃ１を構成する第２貫通電極７７２を端子７５１、７５２の近傍に配置してもよい。これにより、ヒーター７Ｃ１の熱を端子７５１、７５２および接合部材Ｂ１、Ｂ２を介して振動片４に効率的に伝えることができる。そのため、振動片４をより急峻に加熱することができ、振動片４の温度制御が容易となる。また、ヒーター７Ｃ１を構成する第２貫通電極７７２を第１端子７６１の近傍に配置してもよい。例えば、外部温度が低い場合には、内側パッケージ３の熱が第１端子７６１を介して外部に逃げていくため、ヒーター７Ｃ１を第１端子７６１の近傍に配置することにより、内側パッケージ３の熱が第１端子７６１から外部に逃げ難くなる。そのため、内側パッケージ３をむらなく効率的に加熱することができる。

図２に示すように、リッド６は、ベース基板５と同様、シリコン基板である。これにより、ベース基板５とリッド６との線膨張係数が等しくなり、熱膨張に起因する熱応力の発生が抑えられ、優れた振動特性を有する振動デバイス１となる。また、内側パッケージ３を半導体プロセスによって形成することができるため、振動デバイス１を精度よく製造することができると共に、その小型化を図ることができる。ただし、リッド６としては、特に限定されず、シリコン以外の半導体基板、例えば、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板を用いてもよい。

リッド６は、その下面に開口し、内部に振動片４を収納している有底の凹部６１を有する。そして、リッド６は、その下面において接合部材８を介してベース基板５の上面５ａに接合されている。これにより、リッド６とベース基板５との間に振動片４を収納する収納空間Ｓ１が形成される。収納空間Ｓ１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、断熱性が高まると共に粘性抵抗が減り、振動片４の発振特性が向上する。ただし、収納空間Ｓ１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。

振動片４は、図６に示すように、振動基板４１と、振動基板４１の表面に配置された電極と、を有する。振動基板４１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。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片４となる。また、電極は、振動基板４１の上面に配置された励振電極４２１と、下面に励振電極４２１と対向して配置された励振電極４２２と、を有する。また、電極は、振動基板４１の下面に配置された一対の端子４２３、４２４と、端子４２３と励振電極４２１とを電気的に接続する配線４２５と、端子４２４と励振電極４２２とを電気的に接続する配線４２６と、を有する。

なお、振動片４の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動片４は、励振電極４２１、４２２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４１の周囲を研削するベベル加工や、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、振動片４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片であってもよい。つまり、振動基板４１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４１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。更にまた、振動片４は、圧電駆動型の振動片に限らず、静電気力を用いた静電駆動型の振動片であってもよい。

このような振動片４は、導電性の接合部材Ｂ１、Ｂ２によってベース基板５の上面５ａ、より具体的には積層体７０の上面に固定されている。また、接合部材Ｂ１は、積層体７０が有する端子７５１と振動片４が有する端子４２３とを電気的に接続し、接合部材Ｂ２は、積層体７０が有する端子７５２と振動片４が有する端子４２４とを電気的に接続している。これにより、振動片４と発振回路７Ａとが電気的に接続される。

接合部材Ｂ１、Ｂ２としては、導電性と接合性とを兼ね備えていれば、特に限定されず、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。接合部材Ｂ１、Ｂ２として前者の金属バンプを用いると、接合部材Ｂ１、Ｂ２からのガスの発生を抑制でき、収納空間Ｓ１の環境変化、特に圧力の上昇を効果的に抑制することができる。一方、接合部材Ｂ１、Ｂ２として後者の導電性接着剤を用いると、接合部材Ｂ１、Ｂ２が金属バンプに比べて柔らかくなり、振動片４に応力が伝わり難くなる。

図１に示すように、外側パッケージ２は、表裏関係にある第３面としての上面２１ａおよび下面２１ｂを有する実装基板２１と、実装基板２１の上面２１ａに接合されている第２リッド２２と、を有する。以下では、第２リッド２２を単にリッド２２とも言う。このような外側パッケージ２の内部には収納空間Ｓ２が形成されており、収納空間Ｓ２内に内側パッケージ３が収納されている。これにより、内側パッケージ３を外部環境から保護することができる。収納空間Ｓ２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、断熱性が高まり、振動片４が外部温度の影響を受け難くなる。そのため、振動片４の温度がより安定し、発振特性が向上する。ただし、収納空間Ｓ２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。

実装基板２１およびリッド２２は、共に、シリコン基板である。これにより、実装基板２１とリッド２２との線膨張係数が等しくなり、熱膨張に起因する熱応力の発生が抑えられる。そのため、振動片４に応力が加わり難くなり、優れた振動特性を有する振動デバイス１となる。ただし、実装基板２１およびリッド２２としては、特に限定されず、シリコン以外の半導体基板、例えば、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板を用いてもよい。また、半導体以外の基板、例えば、セラミック基板、ガラス基板、金属基板等を用いてもよい。また、実装基板２１およびリッド２２で、異なる材料の基板を用いてもよい。

また、実装基板２１は、表面が絶縁膜２１０で覆われている。そして、実装基板２１の上面２１ａには複数の内部端子２１１が配置されており、下面２１ｂには複数の外部端子２１２が配置されている。また、各内部端子２１１は、実装基板２１を貫通している貫通電極２１３を介して対応する外部端子２１２と電気的に接続されている。

このような実装基板２１の上面２１ａには、導電性の接合部材Ｂ３、Ｂ４を介して内側パッケージ３が固定されている。そして、ベース基板５の下面５ｂに配置されている第１端子７６１が接合部材Ｂ３を介して対応する内部端子２１１と電気的に接続され、第２端子７６２が接合部材Ｂ４を介して対応する内部端子２１１と電気的に接続されている。これにより、外部端子２１２を介して集積回路７との電気的な接続を行うことができる。

また、実装基板２１の上面２１ａには、内部端子２１１が形成されている領域を除くようにして絶縁性の低熱伝導膜２３が配置されている。この低熱伝導膜２３は、実装基板２１よりも低い熱伝導率を有する。そのため、外側パッケージ２の断熱性がより高まり、振動片４が外部温度の影響を受け難くなる。このような低熱伝導膜２３の材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリイミド、フェノール系樹脂等の各種樹脂材料を用いることができる。

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、表裏関係にある第１面としての上面５ａおよび第２面としての下面５ｂを有する半導体基板としてのベース基板５と、ベース基板５に配置されている振動片４と、上面５ａに設けられ、振動片４を発振させる発振回路７Ａと、上面５ａに設けられ、振動片４を加熱する発熱回路７Ｃの一部と、下面５ｂに設けられている第１端子７６１および第２端子７６２と、ベース基板５を貫通し、第１端子７６１と発振回路７Ａとを電気的に接続する第１貫通電極７７１と、ベース基板５を貫通し、第２端子７６２と発熱回路７Ｃの一部とを電気的に接続する少なくとも１つの第２貫通電極７７２を備え、通電により発熱するヒーター７Ｃ１と、を有する。

このような構成によれば、ベース基板５内にヒーター７Ｃ１を配置することができるため、前述の従来技術のような発熱回路７Ｃの表面にヒーター７Ｃ１が配置されている構成と比較して、振動デバイス１の小型化、特に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の小型化を図ることができる。また、ベース基板５内には第２貫通電極７７２を形成可能なスペースが十分に確保されている。つまり、もともと余っているスペースに第２貫通電極７７２を形成することができる。そのため、ベース基板５の大型化を実質的に伴うことなく、必要な熱量のヒーター７Ｃ１を配置することができる。また、前述の従来構成と比較して、大型化を伴うことなく、より大きく、熱量の大きいヒーター７Ｃ１を配置することが容易となる。

なお、本実施形態では、ベース基板５の上面５ａに集積回路７が設けられているが、これに限定されず、例えば、ベース基板５の下面５ｂに集積回路７が設けられていてもよい。

また、前述したように、第１貫通電極７７１および第２貫通電極７７２は、それぞれ、ベース基板５を貫通している貫通孔５１と、貫通孔５１の内壁に配置されている絶縁膜５０と、貫通孔５１内に充填されている導電性材料である導電部５２と、を有する。このように、第１、第２貫通電極７７１、７７２を同じ構成とすることにより、ヒーター７Ｃ１を第１貫通電極７７１と一括して形成することができる。つまり、ヒーター７Ｃ１を形成するための工程を別途設けなくてもよい。そのため、製造工程の煩雑化を招くことなく振動デバイス１を製造することができる。

また、前述したように、振動デバイス１は、振動片４を収納し、ベース基板５に接合されている第１リッド６を有する。これにより、振動片４を外部から保護することができる。また、ベース基板５とリッド６とで振動片４を収容する気密な収納空間Ｓ１を形成することができ、この収納空間Ｓ１を減圧状態、好ましくは、より真空に近い状態とすることにより、断熱性が高まり、振動片４が外部温度の影響をより受け難くなる。そのため、より安定した周波数特性を有する振動デバイス１が得られる。

また、前述したように、振動デバイス１は、ベース基板５を収納するパッケージとしての外側パッケージ２を有する。これにより、振動片４や集積回路７を外部から保護することができる。さらには、外側パッケージ２内を減圧状態、好ましくは、より真空に近い状態とすることにより、断熱性が高まり、振動片４が外部温度の影響をより受け難くなる。そのため、より安定した周波数特性を有する振動デバイス１が得られる。ただし、このような外側パッケージ２は、省略してもよい。

また、前述したように、外側パッケージ２は、ベース基板５が固定されている第３面としての上面２１ａを有する実装基板２１と、実装基板２１の上面２１ａに接合されている第２リッド２２と、実装基板２１の上面２１ａに配置され、実装基板２１よりも熱伝導率の低い低熱伝導膜２３と、を有する。これにより、外側パッケージ２の断熱性がより高まり、振動片４が外部温度の影響を受け難くなる。ただし、このような低熱伝導膜２３は、省略してもよい。

＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態に係る振動デバイスが有するヒーターを示す断面図である。

本実施形態の振動デバイスは、ヒーター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７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７に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、ヒーター７Ｃ１は、複数の第２貫通電極７７２を有する。また、これら複数の第２貫通電極７７２は、配線層７２や下面５ｂに配置されている配線７９を介して直列に接続されている。このように、ヒーター７Ｃ１が複数の第２貫通電極７７２を有することにより、例えば、前述した第１実施形態と比べてヒーター７Ｃ１の熱量が大きくなり、より効率的に内側パッケージ３や振動片４を加熱することができる。また、例えば、複数の第２貫通電極７７２をベース基板５内に分散して配置することにより、ベース基板５をむらなく均一に加熱することができる。なお、本実施形態では、ヒーター７Ｃ１が３つの第２貫通電極７７２を有するが、ヒーター７Ｃ１が有する第２貫通電極７７２の数としては、特に限定されず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。

以上のように、本実施形態の振動デバイス１では、ヒーター７Ｃ１は、２つ以上の第２貫通電極７７２を有する。これにより、ヒーター７Ｃ１の熱量を大きくすることができ、ベース基板５や振動片４を効率的に加熱することができる。また、複数の第２貫通電極７７２をベース基板５内に分散して配置することにより、ベース基板５をむらなく均一に加熱することができる。そのため、振動片４の温度を精度よく制御することができる。

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８は、第３実施形態に係る振動デバイスが有するヒーターを示す断面図である。図９は、発熱回路の一部を示す回路図である。

本実施形態の振動デバイスは、ヒーター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８および図９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８に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、ヒーター７Ｃ１は、複数の第２貫通電極７７２を有する。また、図９に示すように、これら複数の第２貫通電極７７２は、スイッチ素子ＳＷを介して並列に接続されている。そのため、スイッチ素子ＳＷを操作することによって、通電して発熱させる第２貫通電極７７２を選択することができる。このように、発熱させる第２貫通電極７７２を選択することにより、ヒーター７Ｃ１の熱量を調整することができる。そのため、より適した熱量で内側パッケージ３や振動片４を加熱することができる。また、例えば、複数の第２貫通電極７７２をベース基板５内に分散して配置することにより、ベース基板５をむらなく均一に加熱することができる。なお、本実施形態では、ヒーター７Ｃ１が３つの第２貫通電極７７２を有するが、ヒーター７Ｃ１が有する第２貫通電極７７２の数としては、特に限定されず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。

以上のように、本実施形態の振動デバイス１では、ヒーター７Ｃ１は、２つ以上の第２貫通電極７７２を有する。これにより、ヒーター７Ｃ１の熱量を大きくすることができ、ベース基板５や振動片４を効率的に加熱することができる。また、複数の第２貫通電極７７２をベース基板５内に分散して配置することにより、ベース基板５をむらなく均一に加熱することができる。そのため、振動片４の温度を精度よく制御することができる。

また、前述したように、発熱回路７Ｃは、２つ以上の第２貫通電極７７２のうち、通電により発熱させる第２貫通電極７７２を選択するためのスイッチ素子ＳＷを有する。そのため、より適した熱量で内側パッケージ３や振動片４を加熱することができる。

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１０は、第４実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。

本実施形態の振動デバイスは、ヒーター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１０に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、リッド６が省略されている。つまり、本実施形態の振動デバイス１は、外側パッケージ２と、外側パッケージ２内に収納され、実装基板２１の上面に固定されているベース基板５と、外側パッケージ２内に収納され、ベース基板５の上面５ａに固定されている振動片４と、を有する。このような構成によれば、リッド６を省略した分、前述した第１実施形態と比べて、振動デバイス１の小型化を図ることができる。

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１１は、第５実施形態のスマートフォンを示す斜視図である。

図１１に示すスマートフォン１２００は、本発明の電子機器を適用したものである。スマートフォン１２００には、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から出力される信号に基づいて動作する演算処理回路１２１０と、を有する。演算処理回路１２１０は、例えば、画面１２０８から入力された入力信号に基づいて、表示画面を変化させたり、特定のアプリケーションを立ち上げたり、警告音や効果音を鳴らしたり、振動モーターを駆動して本体を振動させたりすることができる。

このような電子機器としてのスマートフォン１２００は、振動デバイス１と、振動デバイス１から出力される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、振動デバイス１を備える電子機器は、前述したスマートフォン１２００の他にも、例えば、パーソナルコンピューター、デジタルスチールカメラ、タブレット端末、時計、スマートウォッチ、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、スマートグラス、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、ドライブレコーダー、ページャー、電子手帳、電子辞書、電子翻訳機、電卓、電子ゲーム機器、玩具、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（Point of Sales）端末、医療機器、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、車両、鉄道車輌、航空機、ヘリコプター、船舶等の各種計器類、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６実施形態＞
図１２は、第６実施形態の自動車を示す斜視図である。

図１２に示す移動体としての自動車１５００は、エンジンシステム、ブレーキシステムおよびキーレスエントリーシステム等のシステム１５０２を含んでいる。また、自動車１５００には、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から出力される信号に基づいて動作し、システム１５０２を制御する演算処理回路１５１０と、を有する。

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から出力される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、振動デバイス１を備える移動体は、自動車１５００の他、例えば、ロボット、ドローン、二輪車、航空機、船舶、電車、ロケット、宇宙船等であってもよい。

以上、本適用例の振動デバイス、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…振動デバイス、２…外側パッケージ、２１…実装基板、２１ａ…上面、２１ｂ…下面、２１０…絶縁膜、２１１…内部端子、２１２…外部端子、２１３…貫通電極、２２…リッド、２３…低熱伝導膜、３…内側パッケージ、４…振動片、４１…振動基板、４２１、４２２…励振電極、４２３、４２４…端子、４２５、４２６…配線、５…ベース基板、５ａ…上面、５ｂ…下面、５０…絶縁膜、５１…貫通孔、５２…導電部、６…リッド、６１…凹部、７…集積回路、７Ａ…発振回路、７Ｂ…温度制御用回路、７Ｃ…発熱回路、７Ｃ１…ヒーター、７Ｄ…温度センサー、７０…積層体、７１…絶縁層、７２…配線層、７３…絶縁層、７４…パッシベーション膜、７５…端子層、７５１、７５２…端子、７６…端子、７６１…第１端子、７６２…第２端子、７７…貫通電極、７７１…第１貫通電極、７７２…第２貫通電極、７９…配線、８…接合部材、１２００…スマートフォン、１２０８…画面、１２１０…演算処理回路、１５００…自動車、１５０２…システム、１５１０…演算処理回路、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４…接合部材、Ｓ１、Ｓ２…収納空間、ＳＷ…スイッチ素子、Ｔ１…素子分離領域、Ｔ２…活性化領域

Claims (9)

1. 表裏関係にある第１面および第２面を有する半導体基板と、
   前記半導体基板に配置されている振動片と、
   前記第１面に設けられ、前記振動片を発振させる発振回路と、
   前記第１面に設けられ、前記振動片を加熱する発熱回路の一部と、
   前記第２面に設けられている第１端子および第２端子と、
   前記半導体基板を貫通し、前記第１端子と前記発振回路とを電気的に接続する第１貫通電極と、
   前記半導体基板を貫通し、前記第２端子と前記発熱回路の一部とを電気的に接続する少なくとも１つの第２貫通電極を備え、通電により発熱するヒーターと、を有することを特徴とする振動デバイス。
2. 前記第１貫通電極および前記第２貫通電極は、それぞれ、前記半導体基板を貫通している貫通孔と、前記貫通孔の内壁に配置されている絶縁膜と、前記貫通孔内に充填されている導電性材料と、を有する請求項１に記載の振動デバイス。
3. 前記ヒーターは、２つ以上の前記第２貫通電極を有する請求項１または２に記載の振動デバイス。
4. 前記発熱回路は、前記２つ以上の前記第２貫通電極のうち、通電により発熱させる前記第２貫通電極を選択するためのスイッチ素子を有する請求項３に記載の振動デバイス。
5. 前記振動片を収納し、前記半導体基板に接合されている第１リッドを有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動デバイス。
6. 前記半導体基板を収納するパッケージを有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動デバイス。
7. 前記パッケージは、前記半導体基板が固定されている第３面を有する実装基板と、
   前記実装基板の前記第３面に接合されている第２リッドと、
   前記第３面に配置され、前記実装基板よりも熱伝導率の低い低熱伝導膜と、を有する請求項６に記載の振動デバイス。
8. 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と、
   前記振動デバイスから出力される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。
9. 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と、
   前記振動デバイスから出力される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。

Images