JP2021072493A - 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】小型化、特に薄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こと。【解決手段】振動デバイスは、第１面および前記第１面の反対側に位置している第２面を備えている基板と、前記基板の前記第１面側に設けられているヒーターと、前記基板の前記第１面側に設けられている温度センサーと、前記基板の前記第１面側に配置されている振動片と、前記第１面側に接合されている第３面、および、前記第３面の反対側に位置している第４面、を備えているリッドと、前記第１面、前記第２面および前記第４面のいずれかに設けられ、前記温度センサーの出力に基づいて前記ヒーターを制御する温度制御回路を備えている回路と、を有する。【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、凹部を有するベース基板と、凹部の底面に固定されているＩＣ（Integrated Circuit）基板と、ＩＣ基板の上面に導電性接着剤を介して固定されている水晶片と、凹部の開口を塞ぐようにベース基板に接合されているリッドと、を有する。また、ＩＣ基板の上面には、振動片の温度を検出するための温度センサーと、振動片を加熱するためのヒーター回路と、が配置されており、水晶振動子のパッケージ内の温度を一定に保つよう制御される。
しかしながら、このような構成の水晶振動子では、ベース基板と別体で形成されているＩＣ基板が、ベース基板の凹部の底面に固定されているため、振動デバイスの大型化を招いてしまう。
本適用例にかかる振動デバイスは、第１面および前記第１面の反対側に位置している第２面を備えている基板と、
前記基板の前記第１面側に設けられているヒーターと、
前記基板の前記第１面側に設けられている温度センサーと、
前記基板の前記第１面側に配置されている振動片と、
前記第１面側に接合されている第３面、および、前記第３面の反対側に位置している第４面、を備えているリッドと、
前記第１面、前記第２面および前記第４面のいずれかに設けられ、前記温度センサーの出力に基づいて前記ヒーターを制御する温度制御回路を備えている回路と、を有する。
前記基板の前記第１面側に設けられているヒーターと、
前記基板の前記第１面側に設けられている温度センサーと、
前記基板の前記第１面側に配置されている振動片と、
前記第１面側に接合されている第３面、および、前記第３面の反対側に位置している第４面、を備えているリッドと、
前記第１面、前記第２面および前記第４面のいずれかに設けられ、前記温度センサーの出力に基づいて前記ヒーターを制御する温度制御回路を備えている回路と、を有する。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記回路は、前記第４面に設けられ、
前記リッドは、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記ヒーターと前記回路とを電気的に接続している第１貫通電極と、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記温度センサーと前記回路とを電気的に接続している第２貫通電極と、を有することが好ましい。
前記リッドは、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記ヒーターと前記回路とを電気的に接続している第１貫通電極と、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記温度センサーと前記回路とを電気的に接続している第２貫通電極と、を有することが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記回路は、発振回路を有し、
前記リッドは、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記振動片と前記回路とを電気的に接続している第３貫通電極を有することが好ましい。
前記リッドは、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記振動片と前記回路とを電気的に接続している第３貫通電極を有することが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記リッドの前記第４面側に設けられ、前記回路を覆う絶縁層を有することが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記回路は、前記第２面に設けられ、
前記基板は、前記第１面と前記第２面とを貫通し、前記ヒーターと前記回路とを電気的に接続している第１貫通電極と、前記第１面と前記第２面とを貫通し、前記温度センサーと前記回路とを電気的に接続している第２貫通電極と、を有することが好ましい。
前記基板は、前記第１面と前記第２面とを貫通し、前記ヒーターと前記回路とを電気的に接続している第１貫通電極と、前記第１面と前記第２面とを貫通し、前記温度センサーと前記回路とを電気的に接続している第２貫通電極と、を有することが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記回路は、発振回路を有し、
前記基板は、前記第１面と前記第２面とを貫通し、前記振動片と前記回路とを電気的に接続している第３貫通電極を有することが好ましい。
前記基板は、前記第１面と前記第２面とを貫通し、前記振動片と前記回路とを電気的に接続している第３貫通電極を有することが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記基板の前記第２面側に設けられ、前記回路を覆う絶縁層を有することが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記リッドは、前記第３面に開口し、内側に前記振動片を収容する凹部と、
前記凹部の内面に配置されている断熱層と、を有することが好ましい。
前記凹部の内面に配置されている断熱層と、を有することが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記回路は、前記温度センサーの出力に基づいて前記発振回路からの発振信号の温度補償を行う温度補償回路を含むことが好ましい。
本適用例にかかる電子機器は、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。
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。
本適用例にかかる移動体は、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。
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。
以下、本適用例にかかる振動デバイス、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、ベースを示す平面図である。図３は、図２中のＢ−Ｂ線断面図である。図４は、図２中のＣ−Ｃ線断面図である。図５は、振動片を示す平面図である。なお、図１は、図２中のＡ−Ａ線断面に相当する。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、Ｚ軸の矢印先端側を「上」とも言い、基端側を「下」とも言う。また、ベース基板の厚さ方向すなわちＺ軸に沿った平面視を単に「平面視」とも言う。
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、ベースを示す平面図である。図３は、図２中のＢ−Ｂ線断面図である。図４は、図２中のＣ−Ｃ線断面図である。図５は、振動片を示す平面図である。なお、図１は、図２中のＡ−Ａ線断面に相当する。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、Ｚ軸の矢印先端側を「上」とも言い、基端側を「下」とも言う。また、ベース基板の厚さ方向すなわちＺ軸に沿った平面視を単に「平面視」とも言う。
図１に示す振動デバイス１は、例えば、恒温槽型発振器（ＯＣＸＯ）として用いられる。このような振動デバイス１は、基板としてのベース４と、ベース４に接合されているリッド３と、ベース４とリッド３との間に形成されている空間Ｓ内に収容されている振動片５と、を有する。
まず、ベース４について説明する。ベース４は、第１面である上面４１１および上面４１１の反対側に位置する第２面である下面４１２を有する板状のベース基板４１を有している。また、ベース基板４１の上面４１１側には、ヒーター４６、温度センサー４７および配線４８がそれぞれ配置されている。なお、ベース基板４１の表面には絶縁膜４５が配置されており、この絶縁膜４５によって、ベース基板４１とヒーター４６、温度センサー４７および配線４８とが電気的に絶縁されている。このようなベース４は、例えば、半導体プロセスにより形成される。これにより、ベース４を精度よく形成することができる。なお、本明細書において、物が「面側に配置」「面側に位置」等という場合は、物が直接面に接していてもよく、物と面との間に他の物が配置されていてもよい。
また、図２に示すように、配線４８は、ヒーター４６と電気的に接続されている一対の第１配線４８１と、温度センサー４７と電気的に接続されている一対の第２配線４８２と、振動片５と電気的に接続されている一対の第３配線４８３と、を有する。
ベース基板４１は、半導体基板であり、特に、本実施形態ではシリコン基板である。また、絶縁膜４５は、酸化シリコンで構成されている。絶縁膜４５は、例えば、ベース基板４１を熱酸化することにより形成することができる。これにより、より緻密な絶縁膜４５が得られる。また、ヒーター４６は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる抵抗体で形成されており、通電により発熱し、抵抗体に流す電流を調整することにより、発熱量を調整することができる。また、温度センサー４７は、白金で構成されており、温度によって抵抗値が変化する特性に基づいて温度を検出する。また、配線４８は、アルミニウムで構成されている。ただし、これら各部の構成は、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。例えば、ベース基板４１は、シリコン基板以外の半導体基板、例えば、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム、炭化珪素等で構成された基板であってもよい。
絶縁膜４５は、ヒーター４６の熱がベース基板４１を介して外部に放出されるのを抑制する断熱層としても機能する。そのため、振動片５の温度をより一定に保ち易くなると共に、ヒーター４６の消費電力を低減することができる。このような効果をより顕著とするために、例えば、熱酸化により絶縁膜４５を形成した後、さらに上面４１１側からＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成した絶縁膜４５を積み足して、より厚い絶縁膜４５としてもよい。
次に、リッド３について説明する。リッド３は、図１に示すように、第３面である下面３１１および下面３１１の反対側に位置する第４面である上面３１２を有する板状のベース基板３１と、上面３１２に設けられている回路３２と、下面３１１に配置されている端子３３と、ベース基板３１を厚さ方向に貫通し、端子３３と回路３２とを電気的に接続している貫通電極３４と、を有する。ベース基板３１の表面には絶縁膜３５が配置され、この絶縁膜３５によって、ベース基板３１と端子３３および貫通電極３４とが電気的に絶縁されている。このようなリッド３は、例えば、半導体プロセスにより形成される。これにより、リッド３を精度よく形成することができる。
また、ベース基板３１は、その下面３１１に開口する凹部３１３を有する。この凹部３１３の開口は、ベース４で塞がれており、これにより、ベース４とリッド３との間に気密な空間Ｓが形成されている。そして、この空間Ｓ内に振動片５が収容されている。空間Ｓは、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、振動片５の振動特性が高まる。ただし、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。
ベース基板３１は、シリコン基板である。また、端子３３および貫通電極３４は、アルミニウムで構成されている。また、絶縁膜３５は、酸化シリコンで構成されている。絶縁膜３５は、例えば、ベース基板３１を熱酸化することにより形成することができる。これにより、より緻密な絶縁膜３５が得られる。ただし、これら各部の構成は、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。例えば、ベース基板３１は、シリコン基板以外の半導体基板、例えば、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム、炭化珪素等で構成された基板であってもよい。
絶縁膜３５は、ヒーター４６の熱がベース基板３１を介して外部に放出されるのを抑制する断熱層としても機能する。そのため、振動片５の温度をより一定に保ち易くなると共に、ヒーター４６の消費電力を低減することができる。このような効果をより顕著とするために、例えば、熱酸化により絶縁膜３５を形成した後、さらに下面３１１側からＣＶＤにより形成した絶縁膜３５を積み足して、より厚い絶縁膜３５としてもよい。
回路３２は、図１に示すように、上面３１２側からベース基板３１にリン、ボロン、砒素等の不純物をドープすることによりベース基板３１に形成されているトランジスター、ダイオード、抵抗、コンデンサー等の複数の図示しない能動素子と、上面３１２に積層されている配線３２３と、配線３２３を覆うように絶縁膜３５上に積層されている絶縁膜３２４と、絶縁膜３２４上に積層され、配線３２３と電気的に接続されている配線３２５と、配線３２５を覆うように絶縁膜３２４上に積層されている絶縁膜３２６と、を有する。そして、配線３２３、３２５を介して、図示しない能動素子同士が電気的に接続されている。ただし、回路３２の構成としては、その機能を発揮することができれば、特に限定されない。
また、絶縁膜３２６上には、絶縁層としてのパッシベーション膜３２７が配置されており、パッシベーション膜３２７上には、配線３２５と電気的に接続されている複数の外部端子３２８が配置されている。
このように、回路３２をリッド３内に作り込むことにより、具体的には、回路３２が有する能動素子をベース基板３１に形成し、リッド３と回路３２とを一体化することにより、従来のように、回路３２を別体として配置する構成と比べて、振動デバイス１の小型化、特に、低背化を図ることができる。また、パッシベーション膜３２７が断熱層として機能し、振動片５の熱がリッド３を介して外部に放出されるのを効果的に抑制することができる。そのため、振動片５の温度をより一定に保ち易くなると共に、ヒーター４６の消費電力を低減することができる。パッシベーション膜３２７の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリイミドを用いることができる。
なお、本実施形態では、パッシベーション膜３２７が回路３２だけを覆っているが、これに限定されず、例えば、さらに、リッド３の側面を覆っていてもよいし、さらに、ベース４の側面を覆っていてもよいし、さらに、ベース４の下面を覆っていてもよい。
図１に示すように、回路３２は、発振回路３２Ａと、温度補償回路３２Ｂと、温度制御回路３２Ｃと、を有する。発振回路３２Ａは、振動片５と電気的に接続され、振動片５の出力信号を増幅し、増幅した信号を振動片５にフィードバックすることにより振動片５を発振させる。温度補償回路３２Ｂは、温度センサー４７から出力される温度情報に基づいて、発振回路３２Ａの発振信号の周波数変動が振動片５自身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。これにより、優れた温度特性を発揮することができる。なお、温度補償回路３２Ｂとしては、例えば、発振回路３２Ａに接続された可変容量回路の容量を調整することにより発振回路３２Ａの発振周波数を調整するものであってもよいし、発振回路３２Ａの出力信号の周波数をＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路やダイレクトデジタルシンセサイザー回路により調整するものであってもよい。
温度制御回路３２Ｃは、温度センサー４７から出力される温度情報に基づいてヒーター４６を流れる電流量を制御することにより、振動片５を一定温度に保つための回路である。例えば、温度制御回路３２Ｃは、温度センサー４７の出力信号から判定される現在の温度が設定された基準温度よりも低い場合には、ヒーター４６に所望の電流を流し、現在の温度が基準温度よりも高い場合にはヒーター４６に電流が流れないように制御する。また、例えば、温度制御回路３２Ｃは、現在の温度と基準温度との差に応じて、ヒーター４６を流れる電流量を増減させるように制御してもよい。ここで、温度センサー４７は、温度補償回路３２Ｂ用の温度センサーと、温度制御回路３２Ｃ用の温度センサーとを兼ねている。そのため、部品点数が削減され、振動デバイス１の小型化を図ることができる。ただし、これに限定されず、温度補償回路３２Ｂ用の温度センサーと、温度制御回路３２Ｃ用の温度センサーと、が別々に設けられていてもよい。
図１に示すように、このようなリッド３は、ベース基板３１の下面３１１において接合部材６を介してベース基板４１の上面４１１と直接接合されている。本実施形態では、直接接合の中でも金属同士の拡散を利用した拡散接合を用いてベース基板３１、４１同士が接合されている。ただし、リッド３とベース４との接合方法は、特に限定されない。
図３および図４に示すように、端子３３は、第１配線４８１と電気的に接続されている第１端子３３１と、第２配線４８２と電気的に接続されている第２端子３３２と、第３配線４８３と電気的に接続されている第３端子３３３と、を有する。また、貫通電極３４は、第１端子３３１と回路３２とを電気的に接続している第１貫通電極３４１と、第２端子３３２と回路３２とを電気的に接続している第２貫通電極３４２と、第３端子３３３と回路３２とを電気的に接続している第３貫通電極３４３と、を有する。そのため、ヒーター４６が第１貫通電極３４１を介して回路３２と電気的に接続され、温度センサー４７が第２貫通電極３４２を介して回路３２と電気的に接続され、振動片５が第３貫通電極３４３を介して回路３２と電気的に接続されている。なお、より具体的には、第１貫通電極３４１は、第１端子３３１と温度制御回路３２Ｃとを接続し、第２貫通電極３４２は、第２端子３３２と温度制御回路３２Ｃおよび温度補償回路３２Ｂとを接続し、第３貫通電極３４３は、第３端子３３３と発振回路３２Ａとを接続している。このように、第１、第２、第３貫通電極３４１、３４２、３４３を用いることにより、ヒーター４６、温度センサー４７および振動片５と回路３２との電気的な接続が容易となる。また、ヒーター４６、温度センサー４７および振動片５と回路３２とを電気的に接続するために、空間Ｓ内からリッド３外に配線を引き回す必要がない。そのため、空間Ｓの気密性をより確実に確保することができる。
次に、振動片５について説明する。ベース４の上面４１１側には、振動片５が配置されている。また、振動片５は、上面４１１に対し、Ｚ軸プラス側に離間して配置されている。この振動片５は、ＳＣカット水晶振動片である。これにより、周波数安定性に優れた振動片５となる。図５に示すように、振動片５は、ＳＣカットで切り出された平面視で矩形である板状の水晶基板５１と、水晶基板５１の表面に設けられている電極と、を有する。また、電極は、水晶基板５１の上面に配置されている励振電極５２１と、下面に水晶基板５１を介して励振電極５２１と対向して配置されている励振電極５２２と、を有する。また、電極は、水晶基板５１の下面に配置されている一対の端子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。
ただし、振動片５の構成は、これに限定されない。例えば、水晶基板５１の平面視形状は、矩形に限定されず、例えば、円形であってもよい。また、振動片５として、ＡＴカット水晶振動片、ＢＴカット水晶振動片、音叉型水晶振動片、弾性表面波共振子、その他の圧電振動片、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）共振素子等であってもよい。
このような振動片５は、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２を介してベース４に固定されている。また、導電性接合部材Ｂ１は、一方の第３配線４８３と端子５２３とに接触し、これらを電気的に接続している。同様に、導電性接合部材Ｂ２は、他方の第３配線４８３と端子５２４とに接触し、これらを電気的に接続している。
導電性接合部材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。導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２として前者の金属バンプを用いると、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２からのガスの発生を抑制でき、空間Ｓ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、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２として後者の導電性接着剤を用いると、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２が金属バンプに比べて柔らかくなり、振動片５に応力が生じ難くなる。
ここで、ベース４の説明に戻って、振動片５に対するヒーター４６および温度センサー４７の配置について説明する。図２に示すように、平面視で、ヒーター４６は、振動片５と重なって配置されている。特に、本実施形態では、ヒーター４６は、その全体が振動片５と重なっている。これにより、振動デバイス１の平面的な広がりが抑制され、振動デバイス１の小型化を図ることができる。ただし、ヒーター４６の配置は、特に限定されず、ヒーター４６の一部が振動片５と重なって配置されていてもよいし、ヒーター４６と振動片５とが重なっていなくてもよい。
また、温度センサー４７は、平面視で、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２の間に位置している。より具体的には、温度センサー４７は、平面視で、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２の中心同士を結ぶ線分と重なるように配置されている。ヒーター４６の熱は、主に、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２を介して振動片５に伝わるため、温度センサー４７を導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２の間に配置することにより、温度センサー４７によって振動片５の温度をより精度よく検出することができる。ただし、温度センサー４７の配置は、特に限定されない。
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面である上面４１１および上面４１１の反対側に位置している第２面である下面４１２を備えている基板としてのベース４と、ベース４の上面４１１側に設けられているヒーター４６と、ベース４の上面４１１側に設けられている温度センサー４７と、ベース４の上面４１１側に配置されている振動片５と、上面４１１側に接合されている第３面である下面３１１、および、下面３１１の反対側に位置している第４面である上面３１２を備えているリッド３と、上面３１２に設けられ、温度センサー４７の出力に基づいてヒーター４６を制御する温度制御回路３２Ｃを備えている回路３２と、を有する。このように、回路３２をリッド３内に作り込むことにより、具体的には、回路３２が有する能動素子をベース基板３１に形成し、リッド３と回路３２とを一体化することにより、従来のように、回路３２を別体として配置する構成と比べて、振動デバイス１の小型化、特に、低背化を図ることができる。
また、前述したように、回路３２は、リッド３の上面３１２に設けられている。そして、リッド３は、下面３１１と上面３１２とを貫通し、ヒーター４６と回路３２とを電気的に接続している第１貫通電極３４１と、下面３１１と上面３１２とを貫通し、温度センサー４７と回路３２とを電気的に接続している第２貫通電極３４２と、を有する。このように、リッド３内に設けられている第１、第２貫通電極３４１、３４２を用いることにより、ヒーター４６および温度センサー４７と回路３２との電気的な接続が容易となる。また、ヒーター４６および温度センサー４７と回路３２とを電気的に接続するために、空間Ｓ内からリッド３外に配線を引き回す必要がない。そのため、空間Ｓの気密性をより確実に確保することができる。
また、前述したように、回路３２は、発振回路３２Ａを有する。そして、リッド３は、下面３１１と上面３１２とを貫通し、振動片５と回路３２とを電気的に接続している第３貫通電極３４３を有する。このように、リッド３内に設けられている第３貫通電極３４３を用いることにより、振動片５と回路３２との電気的な接続が容易となる。また、振動片５と回路３２とを電気的に接続するために、空間Ｓ内からリッド３外に配線を引き回す必要がない。そのため、空間Ｓの気密性をより確実に確保することができる。
また、前述したように、リッド３の上面３１２側に設けられ、回路３２を覆う絶縁層としてのパッシベーション膜３２７を有する。これにより、回路３２を埃、水分等から保護することができる。さらには、パッシベーション膜３２７が断熱層として機能し、振動片５の熱がリッド３を介して外部に放出されるのを効果的に抑制することができる。そのため、振動片５の温度をより一定に保ち易くなると共に、ヒーター４６の消費電力を低減することができる。
また、前述したように、リッド３は、下面３１１に開口し、内側に振動片５を収容する凹部３１３と、凹部３１３の内面に配置されている断熱層としての絶縁膜３５と、を有する。そのため、振動片５の温度をより一定に保ち易くなると共に、ヒーター４６の消費電力を低減することができる。
また、前述したように、回路３２は、温度センサー４７の出力に基づいて発振回路３２Ａからの発振信号の温度補償を行う温度補償回路３２Ｂを含む。これにより、振動デバイス１は、優れた温度特性を発揮することができる。
＜第２実施形態＞
図６は、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７および図８は、それぞれ、図６の振動デバイスが有する貫通電極を示す断面図である。なお、図７は、図２中のＢ−Ｂ線断面図に相当し、図８は、図２中のＣ−Ｃ線断面図に相当する。
図６は、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７および図８は、それぞれ、図６の振動デバイスが有する貫通電極を示す断面図である。なお、図７は、図２中のＢ−Ｂ線断面図に相当し、図８は、図２中のＣ−Ｃ線断面図に相当する。
本実施形態に係る振動デバイス１は、ベース４に回路４２が設けられていること以外は、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６ないし図８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、本実施形態の振動デバイス１では、ベース４の下面４１２に回路４２が設けられている。回路４２は、前述した第１実施形態の回路３２と同様の構成であり、例えば、発振回路４２Ａと、温度補償回路４２Ｂと、温度制御回路４２Ｃと、を有する。また、ベース４は、ベース基板４１を厚さ方向に貫通し、配線４８と回路４２とを電気的に接続している貫通電極４４を有する。
回路４２は、下面４１２側からベース基板４１にリン、ボロン、砒素等の不純物をドープすることによりベース基板４１に形成されているトランジスター、ダイオード、抵抗、コンデンサー等の複数の図示しない能動素子と、下面４１２に積層されている配線４２３と、配線４２３を覆うように絶縁膜４５上に積層されている絶縁膜４２４と、絶縁膜４２４上に積層され、配線４２３と電気的に接続されている配線４２５と、配線４２５を覆うように絶縁膜４２４上に積層されている絶縁膜４２６と、を有する。そして、配線４２３、４２５を介して、図示しない能動素子同士が電気的に接続されている。ただし、回路４２の構成としては、その機能を発揮することができれば、特に限定されない。
また、絶縁膜４２６上には、絶縁層としてのパッシベーション膜４２７が配置されており、パッシベーション膜４２７上には、配線４２５と電気的に接続されている複数の端子４２８が配置されている。
このように、回路４２をベース４内に作り込むことにより、より具体的には、回路４２が有する能動素子をベース基板４１に形成し、ベース４と回路４２とを一体化することにより、従来のように、回路４２を別体として配置する構成と比べて、振動デバイス１の小型化、特に、低背化を図ることができる。また、パッシベーション膜４２７が断熱層として機能し、振動片５の熱がベース４を介して外部に放出されるのを効果的に抑制することができる。そのため、振動片５の温度をより一定に保ち易くなると共に、ヒーター４６の消費電力を低減することができる。
図７および図８に示すように、貫通電極４４は、第１配線４８１と回路４２とを電気的に接続している第１貫通電極４４１と、第２配線４８２と回路４２とを電気的に接続している第２貫通電極４４２と、第３配線４８３と回路４２とを電気的に接続している第３貫通電極４４３と、を有する。そのため、ヒーター４６が第１貫通電極４４１を介して回路４２と電気的に接続され、温度センサー４７が第２貫通電極４４２を介して回路４２と電気的に接続され、振動片５が第３貫通電極４４３を介して回路４２と電気的に接続されている。このように、第１、第２、第３貫通電極４４１、４４２、４４３を用いることにより、ヒーター４６、温度センサー４７および振動片５と回路４２との電気的な接続が容易となる。また、ヒーター４６、温度センサー４７および振動片５と回路４２とを電気的に接続するために、空間Ｓ内からベース４外に配線を引き回す必要がない。そのため、空間Ｓの気密性をより確実に確保することができる。
以上のように、本実施形態の振動デバイス１では、第１面である上面４１１および上面４１１の反対側に位置している第２面である下面４１２を備えている基板としてのベース４と、ベース４の上面４１１側に設けられているヒーター４６と、ベース４の上面４１１側に設けられている温度センサー４７と、ベース４の上面４１１側に配置されている振動片５と、上面４１１側に接続されている第３面である下面３１１、および、下面３１１の反対側に位置している第４面である上面３１２を備えているリッド３と、下面４１２に設けられ、温度センサー４７の出力に基づいてヒーター４６を制御する温度制御回路４２Ｃを備えている回路４２と、を有する。このように、回路４２をベース４内に作り込むことにより、具体的には、回路４２が有する能動素子をベース基板４１に形成し、ベース４と回路４２とを一体化することにより、従来のように、回路４２を別体として配置する構成と比べて、振動デバイス１の小型化、特に、低背化を図ることができる。
また、前述したように、回路４２は、下面４１２に設けられている。そして、ベース４は、上面４１１と下面４１２とを貫通し、ヒーター４６と回路４２とを電気的に接続している第１貫通電極４４１と、上面４１１と下面４１２とを貫通し、温度センサー４７と回路４２とを電気的に接続している第２貫通電極４４２と、を有する。これにより、ヒーター４６および温度センサー４７と回路４２との電気的な接続が容易となる。また、ヒーター４６および温度センサー４７と回路４２とを電気的に接続するために、空間Ｓ内からベース４外に配線を引き回す必要がない。そのため、空間Ｓの気密性をより確実に確保することができる。
また、前述したように、回路４２は、発振回路４２Ａを有し、ベース４は、上面４１１と下面４１２とを貫通し、振動片５と回路４２とを電気的に接続している第３貫通電極４４３を有する。これにより、振動片５と回路４２との電気的な接続が容易となる。また、振動片５と回路４２とを電気的に接続するために、空間Ｓ内からベース４外に配線を引き回す必要がない。そのため、空間Ｓの気密性をより確実に確保することができる。
また、前述したように、ベース４の下面４１２側に設けられ、回路４２を覆う絶縁層としてのパッシベーション膜４２７を有する。これにより、振動片５の熱がベース４を介して外部に放出されるのを効果的に抑制することができる。そのため、振動片５の温度をより一定に保ち易くなると共に、ヒーター４６の消費電力を低減することができる。
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９は、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９は、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、ベース４に回路４２が設けられていること以外は、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９に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、ベース４の上面４１１に回路４２が設けられている。回路４２は、前述した第１実施形態の回路３２と同様の構成であり、発振回路４２Ａと、温度補償回路４２Ｂと、温度制御回路４２Ｃと、を有する。ベース４の下面４１２には複数の外部端子４９が配置されており、これら各外部端子４９は、ベース基板４１を厚さ方向に貫通している貫通電極４４を介して回路４２と電気的に接続されている。
回路４２は、上面４１１側からベース基板４１にリン、ボロン、砒素等の不純物をドープすることによりベース基板４１に形成されているトランジスター、ダイオード、抵抗、コンデンサー等の複数の図示しない能動素子と、上面４１１上に積層されている配線４２３と、配線４２３を覆うように絶縁膜４５上に積層されている絶縁膜４２４と、絶縁膜４２４上に積層され、配線４２３と電気的に接続されている配線４２５と、配線４２５を覆うように絶縁膜４２４上に積層されている絶縁膜４２６と、を有する。そして、配線４２３、４２５を介して、図示しない能動素子同士が電気的に接続されている。ただし、回路４２の構成としては、その機能を発揮することができれば、特に限定されない。
また、絶縁膜４２６上には、絶縁層としてのパッシベーション膜４２７が配置されており、パッシベーション膜４２７上には、配線４２５と電気的に接続されている２つの端子４２８が配置されている。そして、これら端子４２８に導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２を介して振動片５が接合されている。また、ヒーター４６および温度センサー４７は、それぞれ、回路４２内に形成されている。つまり、回路４２と一体形成されている。図示の構成では、ヒーター４６および温度センサー４７は、それぞれ、配線４２５の一部で構成されている。ただし、これに限定されず、例えば、ヒーター４６および温度センサー４７は、それぞれ、回路４２とは別体で構成され、パッシベーション膜４２７上に配置されていてもよい。
以上のように、本実施形態の振動デバイス１では、第１面である上面４１１および上面４１１の反対側に位置している第２面である下面４１２を備えている基板としてのベース４と、ベース４の上面４１１側に設けられているヒーター４６と、ベース４の上面４１１側に設けられている温度センサー４７と、ベース４の上面４１１側に配置されている振動片５と、上面４１１側に接続されている第３面である下面３１１、および、下面３１１の反対側に位置している第４面である上面３１２を備えているリッド３と、上面４１１に設けられ、温度センサー４７の出力に基づいてヒーター４６を制御する温度制御回路４２Ｃを備えている回路４２と、を有する。このように、回路４２をベース４内に作り込むことにより、具体的には、回路４２が有する能動素子をベース基板４１に形成し、ベース４と回路４２とを一体化することにより、従来のように、回路４２を別体として配置する構成と比べて、振動デバイス１の小型化、特に、低背化を図ることができる。
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１０は、第４実施形態に係る振動デバイスが有する振動片を示す平面図である。
図１０は、第４実施形態に係る振動デバイスが有する振動片を示す平面図である。
本実施形態に係る振動デバイス１は、振動片５の形状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４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、振動片５の水晶基板５１が平面視で円形である。また、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２が隣り合って配置されており、これら導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２の近傍に温度センサー４７が配置されている。
以上のような第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。なお、本実施形態における円形の振動片５は、前述した第２または第３実施形態にも適用することができる。
＜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。なお、振動デバイス１としては、例えば、前述した第１、第２、第３および第４実施形態のいずれかのものを適用することができる。
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。なお、振動デバイス１としては、例えば、前述した第１、第２、第３および第４実施形態のいずれかのものを適用することができる。
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、本発明の振動デバイス、電子機器および移動体について、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よい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
１…振動デバイス、３…リッド、３１…ベース基板、３１１…下面、３１２…上面、３１３…凹部、３２…回路、３２Ａ…発振回路、３２Ｂ…温度補償回路、３２Ｃ…温度制御回路、３２３…配線、３２４…絶縁膜、３２５…配線、３２６…絶縁膜、３２７…パッシベーション膜、３２８…外部端子、３３…端子、３３１…第１端子、３３２…第２端子、３３３…第３端子、３４…貫通電極、３４１…第１貫通電極、３４２…第２貫通電極、３４３…第３貫通電極、３５…絶縁膜、４…ベース、４１…ベース基板、４１１…上面、４１２…下面、４２…回路、４２Ａ…発振回路、４２Ｂ…温度補償回路、４２Ｃ…温度制御回路、４２３…配線、４２４…絶縁膜、４２５…配線、４２６…絶縁膜、４２７…パッシベーション膜、４２８…端子、４４…貫通電極、４４１…第１貫通電極、４４２…第２貫通電極、４４３…第３貫通電極、４５…絶縁膜、４６…ヒーター、４７…温度センサー、４８…配線、４８１…第１配線、４８２…第２配線、４８３…第３配線、４９…外部端子、５…振動片、５１…水晶基板、５２１、５２２…励振電極、５２３、５２４…端子、５２５、５２６…配線、６…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…導電性接合部材、Ｓ…空間
Claims (11)
- 第１面および前記第１面の反対側に位置している第２面を備えている基板と、
前記基板の前記第１面側に設けられているヒーターと、
前記基板の前記第１面側に設けられている温度センサーと、
前記基板の前記第１面側に配置されている振動片と、
前記第１面側に接合されている第３面、および、前記第３面の反対側に位置している第４面、を備えているリッドと、
前記第１面、前記第２面および前記第４面のいずれかに設けられ、前記温度センサーの出力に基づいて前記ヒーターを制御する温度制御回路を備えている回路と、を有することを特徴とする振動デバイス。 - 前記回路は、前記第４面に設けられ、
前記リッドは、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記ヒーターと前記回路とを電気的に接続している第１貫通電極と、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記温度センサーと前記回路とを電気的に接続している第２貫通電極と、を有する請求項１に記載の振動デバイス。 - 前記回路は、発振回路を有し、
前記リッドは、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記振動片と前記回路とを電気的に接続している第３貫通電極を有する請求項２に記載の振動デバイス。 - 前記リッドの前記第４面側に設けられ、前記回路を覆う絶縁層を有する請求項２または３に記載の振動デバイス。
- 前記回路は、前記第２面に設けられ、
前記基板は、前記第１面と前記第２面とを貫通し、前記ヒーターと前記回路とを電気的に接続している第１貫通電極と、前記第１面と前記第２面とを貫通し、前記温度センサーと前記回路とを電気的に接続している第２貫通電極と、を有する請求項１に記載の振動デバイス。 - 前記回路は、発振回路を有し、
前記基板は、前記第１面と前記第２面とを貫通し、前記振動片と前記回路とを電気的に接続している第３貫通電極を有する請求項５に記載の振動デバイス。 - 前記基板の前記第２面側に設けられ、前記回路を覆う絶縁層を有する請求項５または６に記載の振動デバイス。
- 前記リッドは、前記第３面に開口し、内側に前記振動片を収容する凹部と、
前記凹部の内面に配置されている断熱層と、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。 - 前記回路は、前記温度センサーの出力に基づいて前記発振回路からの発振信号の温度補償を行う温度補償回路を含む請求項３または６に記載の振動デバイス。
- 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。 - 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。
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