JP3864952B2 - 振動子デバイス及びそれを備えた電子機器並びに振動子デバイスの製造方法 - Google Patents

振動子デバイス及びそれを備えた電子機器並びに振動子デバイスの製造方法 Download PDF

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    • H01L2924/15787—Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides

Description

本発明は、振動子を有し、発振器やセンサーとして用いられる振動子デバイス及びそれを備えた電子機器並びに振動子デバイスの製造方法に関する。
従来より、各種の電子機器には、発振器やセンサーとして振動子を有する振動子デバイスが用いられている。
この種の振動子デバイスとしては、ＡＴ振動子、音叉型振動子あるいはＨ型振動子などの各種振動子をＡｇペーストや導電シリコーンペーストで基体に支持するとともに電気的な接続を行った構造が一般的である。
ところが、Ａｇペーストや導電シリコーンペーストは、接着力が高いため、振動子が基体に固定されてしまい、各方向への自由度が拘束されて振動が規制され、振動子の振動特性、発振特性に影響を与えてしまう。
ここで、安定した周波数特性を得る目的で、弾性表面波素子を吊り線によって吊り下げたＳＡＷデバイスの構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１６５１９０号公報
しかしながら、上記のＳＡＷデバイス構造は、電圧の供給により弾性表面波を生じさせるすだれ状電極が表面に固定された水晶やセラミックス等からなる基板を吊り下げた構造であるので、弾性表面波を生じさせるすだれ状電極自体の自由度は依然として拘束され、良好な振動特性、発振特性を得ることは困難であった。
また、このＳＡＷデバイスは、基板の表面に弾性表面波を生じさせるものであり、振動子デバイスのように、コリオリ力への自由度などを考慮し、振動子を全方向に振動させる構造を要するものとは、その構造が根本的に異なり、ＳＡＷデバイスにおける支持構造は、振動子デバイスに適さない。
本発明は、自由度が要求される振動子の振動方向の規制をなくし、振動特性、発振特性を大幅に向上させることが可能な振動子デバイス及びそれを備えた電子機器並びに振動子デバイスの製造方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の振動子デバイスは、基体に支持された振動子を有する振動子デバイスであって、前記振動子は、ワイヤボンディングによって前記基体から延ばされたワイヤに接続されたことにより、前記基体に対して宙づり状態に支持され、前記振動子に設けられた接続端子部の一つに、複数の前記ワイヤの接続端が接続され、前記ワイヤは、少なくともその複数が前記振動子と電気的に接続する電気配線として機能していることを特徴とする。
このように、基体に対して振動子を宙づり状に支持したので、振動子の振動方向の自由度を高めることができ、振動特性、発振特性を大幅に向上させることができる。
また、本発明は、前記振動子が、その重心部で前記ワイヤに接続されているのが望ましい。
このように、振動子をその重心部にてワイヤで支持するようにしたので、振動子が安定した状態に宙づりされた構造となる。
また、本発明は、前記振動子に設けられた接続端子部の一つに、複数の前記ワイヤの接続端が接続されているので、複数のワイヤによって振動子を支持することにより、一本のワイヤの太さを太くすることなく、支持強度を高めることができる。つまり、支持強度を高めるために太いワイヤを用いる場合と比較して、フレキシビリティの低下や長期動作による接続箇所への応力集中の発生を抑えつつ、高い支持強度にて耐衝撃性を高め、しかも、振動子の振動方向の自由度を高めることができる。
さらに、前記接続端子部に、前記ワイヤの接続端が面方向へ並列に接続されていることが好ましい。
これにより、接続端子部におけるワイヤの接続高さを低く抑えて全体の薄型化を図りつつ、支持強度を高めることができる。
また、前記接続端子部に、前記ワイヤの接続端が複数段に重ねて接続されていることが好ましい。
これにより、接続端子部を小さくして振動子自体の小型化を図りつつ、支持強度を高めることができる。
さらに、前記ワイヤが、前記振動子との間で電気信号を送受信する信号線であることが好ましい。
これにより、振動子との間で電気信号を送受信する別個の信号線を不要とすることができ、構造の簡略化を図ることができる。
また、前記ワイヤが、前記振動子のグランド線であることが望ましい。
これにより、振動子のグランド線を別個に設ける必要をなくすことができ、構造の簡略化を図ることができる。
また、本発明の電子機器は、上記振動子デバイスを備えたことを特徴とする。
このように、振動、発振特性に優れた振動子デバイスを備えることにより、性能の大幅な向上を図ることができる。
さらに、本発明の振動子デバイスの製造方法は、基体に支持された振動子を有する振動子デバイスの製造方法であって、前記基体に接着材を介して前記振動子を仮支持させる工程と、ワイヤボンディングにより前記基体と前記振動子との間にワイヤを延ばして接続する工程と、その後、前記接着材を除去することにより、前記ワイヤによって前記振動子を前記基体に対して宙づり状態に支持させる工程とを備え、
前記のワイヤボンディングによりワイヤを延ばして接続する工程では、前記振動子に設けられた接続端子部の一つに、複数の前記ワイヤの接続端を接続し、前記ワイヤを、少なくともその複数が前記振動子と電気的に接続する電気配線として機能させることを特徴とする。
このように、接着材によって基体に仮支持させた振動子と基体との間に、ワイヤボンディングによりワイヤを延ばして接続し、その後、接着材を除去することにより、基体に対し振動子を極めて容易に宙づり状で支持させることが可能になる。そして、これにより振動子の振動方向の自由度を高め、振動特性、発振特性が向上した振動子デバイスを製造することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る振動子デバイスを説明する振動子デバイスの側面図、図２は、振動子デバイスを説明する振動子デバイスの平面図である。
図に示すように、振動子デバイス１１は、基体である支持基板１２と、この支持基板１２に支持された平面視Ｈ型の振動子１３とを有している。
振動子１３は、その重心位置に、正方形状（矩形状）の支持部１４を有しており、この支持部１４は、その上面におけるそれぞれの角部に、接続端子部１５を備えている。
支持基板１２は、例えば、ステンレス、銅、ガラスエポキシなどを板状に形成したもので、その両側部には、それぞれ一対のリード部１６が設けられている。また、支持基板１２には、複数の支持端子部１７が設けられており、この支持端子部１７とリード部１６とが、支持基板１２の表面に形成された配線パターン１８によって導通されている。
支持基板１２の支持端子部１７には、それぞれ複数のワイヤ２１の一端が接続されている。これら複数のワイヤ２１は、その他端が振動子１３の支持部１４に形成された接続端子部１５に接続されている。これにより、振動子１３は、ワイヤ２１によって、支持基板１２の上方位置に、支持基板１２に対して隙間をあけて支持されている。
つまり、この振動子デバイス１１は、支持基板１２上にワイヤ２１によって振動子１３を宙づり状態に支持した宙づり構造とされている。
また、図３に示すように、ワイヤ２１は、その端部が振動子１３の支持部１４に形成された接続端子部１５に、その面方向へ並列に接続されている。
上記の振動子デバイス１１を製造する場合は、まず、支持基板１２の中央部分に接着材を、例えば、ピン転写、ディスペンサー、あるいはインクジェットなどにより付着させ、振動子１３を接着させる。
次いで、ワイヤボンディングにより、支持端子部１７と接続端子部１５とに、ワイヤ２１を延ばして接続し、その後、接着材を溶融させて除去する。
これにより、支持基板１２に対して振動子１３が宙づり状態に支持された宙づり構造の振動子デバイス１１が得られる。
なお、製造時に用いる接着材としては、アクリル、エポキシなどの材質で、熱硬化、常温硬化、紫外線硬化のいずれかにより硬化するものを用いる。また、接着材の除去については、接着材が水溶性の場合には、ワイヤボンディング後に水で溶解してこれを除去し、接着材が非水溶性の場合には、ワイヤボンディング後にアセトン、グリコールエーテルなどで溶解してこれを除去する。
そして、上記構造の振動子デバイス１１によれば、基体である支持基板１２に対して振動子１３を、その重心部にて宙づり状に支持したので、振動子１３の振動方向の自由度を高めることができ、振動特性、発振特性を大幅に向上させることができる。
また、振動子デバイスの製造方法によれば、接着材によって支持基板１２に仮支持させた振動子１３の重心部と支持基板１２との間に、ワイヤボンディングによりワイヤ２１を延ばして接続し、その後、接着材を除去することにより、支持基板１２に対して振動子１３を、その重心部にて極めて容易に宙づり状で支持させることができる。そして、これにより振動子１３の振動方向の自由度を高め、振動特性、発振特性が向上した振動子デバイス１１を製造することができる。
特に、複数のワイヤ２１によって振動子１３を支持することにより、一本のワイヤの太さを太くすることなく、支持強度を高めることができる。つまり、支持強度を高めるために太いワイヤを用いる場合と比較して、フレキシビリティの低下や長期動作による接続箇所への応力集中の発生を抑えつつ、高い支持強度にて耐衝撃性を高め、しかも、振動子１３の振動方向の自由度を高めることができる。
さらに、ワイヤ２１を、振動子１３との間で電気信号を送受信する信号線としたりグランド線とすることにより、別個の信号線やグランド線を不要とすることができ、構造の簡略化を図ることができる。
そして、上記構造の振動子デバイスは、ジャイロセンサとして、例えば、デジタルカメラ、ＧＰＳ、ＰＤＡあるいは携帯電話等に組み込むことができる。
このような振動子デバイス１１を組み込んだ電子機器によれば、振動、発振特性に優れた振動子デバイス１１を備えることにより、電子機器の性能の大幅な向上を図ることができ、これら電子機器における手ぶれ防止機能や位置検出機能の高性能化を実現することができる。
なお、振動子１３の支持部１４に形成された接続端子部１５へのワイヤ２１の接続の仕方としては、図３に示したような面方向へ並列に接続する方法に限定されず、図４に示すように、一方のワイヤ２１の接続端に他のワイヤ２１の接続端を重ねて接続しても良い。このように、ワイヤ２１の接続端を重ねて接続する場合には、ワイヤボンディングの終端であるセカンド側を接続端子部１５に接続し、その後、ワイヤボンディングの開始端であるファースト側を重ねて接続すればよい。
すなわち、薄型化のためにワイヤ２１のループを低くしたい場合には、図３に示したように接続端子部１５に面方向へ並列に接続し、接続端子部１５の面積が狭く、またワイヤ２１で振動子１３の平面方向の自由振動が阻害されてしまう場合には、接続端子部１５へ重ねて接続するのが良い。
つまり、接続端子部１５に、ワイヤ２１の接続端を面方向へ並列に接続することにより、接続端子部１５におけるワイヤ２１の接続高さを低く抑えて全体の薄型化を図りつつ、支持強度を高めることができる。
また、接続端子部１５に、ワイヤ２１の接続端を複数段に重ねて接続することにより、接続端子部１５を小さくして振動子１３自体の小型化を図りつつ、支持強度を高めることができる。
図５は、上記構造の振動子デバイス１１が組み込まれたパッケージを示すものである。
図に示すように、このパッケージ３１には、セラミックスあるいは缶体からなるパッケージ本体３２に制御ＩＣ３３が実装されており、この制御ＩＣ３３は、ワイヤボンディングによってパッケージ本体３２に接続されている。パッケージ本体３２には、その内部における両側部に段部３４が形成されており、この段部３４には、接続端子３５が形成されている。そして、振動子デバイス１１は、そのリード部１６が段部３４上に配設され、この段部３４の接続端子３５に接続されたことにより、パッケージ本体３２内に配設されている。
このパッケージ本体３２は、振動子デバイス１１を収納した状態にて、その上部の開口部分にキャップ３６が取り付けられ、このキャップ３６によって内部が密閉されている。
なお、パッケージ本体３２は、その裏面に、パッケージ３１を組み込む各種装置と電気的な接続を行うための電極３２ａを複数備えている。
そして、振動子デバイス１１をパッケージ本体３２内に収納してパッケージ３１とするには、まず、パッケージ本体３２内に、制御ＩＣ３３をダイボンディングにより実装し、次いで、パッケージ本体３２内に、振動子デバイス１１を収納してリード部１６と段部３４の接続端子３５とを接続する。その後、パッケージ本体３２の開口部分にキャップ３６を取り付け、内部と連通する図示しない孔から、パッケージ本体３２内を真空引きあるいは窒素等の不活性ガスに置換する。
なお、振動子デバイス１１のパッケージ本体３２への実装におけるリード部１６と接続端子３５との接続は、例えば、エポキシ系あるいはシリコン系などのＡｇペーストで接続しても良く、または加熱加圧や超音波振動により、リード部１６をシングルポイントもしくはギャングボンディングしても良い。
また、制御ＩＣ３３の実装の仕方としては、ワイヤボンディングによる実装に限らずフリップチップ実装でも良い。
図６に示すものは、両面配線基板からなる支持基板を用いた振動子デバイスであり、図７に示すものは、この両面配線基板からなる支持基板を用いた振動子デバイスが組み込まれたパッケージである。
この支持基板１２は、スルーホール１２ａを有し、このスルーホール１２ａを介して、下面側に形成された接続パターン１２ｂと上面側の配線パターン１８とが導通されている。ここで、支持基板１２が金属等の導電性を有するものである場合は、支持基板１２と配線パターン１８、スルーホール１２ａまたは接続パターン１２ｂとの間に絶縁層を設けておく。
そして、この振動子デバイス１１は、その支持基板１２の端部を段部３４上に配設することにより、パッケージ本体３２内に配設され、接続端子１２ｂが、段部３４の接続端子３５に接続されている。
なお、これら接続端子１２ｂ、３５の接続は、例えば、Ａｇペースト、加熱加圧あるいは超音波振動などにより行う。
なお、上記の例では、支持基板１２を基体とし、この支持基板１２からなる基体に振動子１３を宙づり状態に支持したが、パッケージ本体３２を基体とし、振動子１３を支持するワイヤ２１を、パッケージ本体３２からなる基体に直接接続して振動子１３を宙づり状態に直接支持しても良い。
このような構造のものを作製するには、まず、パッケージ本体３２内に実装する制御ＩＣ３３をフリップチップ実装する。そして、この制御ＩＣ３３上に振動子１３を接着材で接着し、その状態でワイヤボンディングによってパッケージ本体３２と振動子１３とをワイヤ２１で接続する。その後、接着材を除去することで振動子１３を宙づり状にする。このように、特に制御ＩＣ３３の能動面を下側にするフリップチップ実装を採用することで、制御ＩＣ３３の能動面に接着材を設ける必要がなくなり、したがって接着材による制御ＩＣ３３の機能低下のおそれがなくなる。
また、上記の実施形態では、振動子１３として、Ｈ型振動子を例にとって説明したが、振動子１３としては、Ｈ型振動子に限定されることはない。
実施形態に係る振動子デバイスを説明する側面図である。 実施形態に係る振動子デバイスを説明する平面図である。 接続端子部へのワイヤの接続状態を示す斜視図である。 接続端子部へのワイヤの接続状態を示す斜視図である。 振動子デバイスを収納したパッケージを示す断面図である。 振動子デバイスの他の構造を説明する側面図である。 振動子デバイスを収納したパッケージの断面図である。
符号の説明
１１…振動子デバイス、１２…支持基板（基体）、１３…振動子、１５…接続端子部、２１…ワイヤ

Claims (8)

  1. 基体に支持された振動子を有する振動子デバイスであって、
    前記振動子は、ワイヤボンディングによって前記基体から延ばされたワイヤに接続されたことにより、前記基体に対して宙づり状態に支持され、
    前記振動子に設けられた接続端子部の一つに、複数の前記ワイヤの接続端が接続され、
    前記ワイヤは、少なくともその複数が前記振動子と電気的に接続する電気配線として機能していることを特徴とする振動子デバイス。
  2. 前記振動子は、その重心部で前記ワイヤに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の振動子デバイス。
  3. 前記接続端子部に、前記ワイヤの接続端が面方向へ並列に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動子デバイス。
  4. 前記接続端子部に、前記ワイヤの接続端が複数段に重ねて接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動子デバイス。
  5. 前記ワイヤは、前記振動子との間で電気信号を送受信する信号線であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の振動子デバイス。
  6. 前記ワイヤは、前記振動子のグランド線であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の振動子デバイス。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動子デバイスを備えたことを特徴とする電子機器。
  8. 基体に支持された振動子を有する振動子デバイスの製造方法であって、
    前記基体に接着材を介して前記振動子を仮支持させる工程と、
    ワイヤボンディングにより前記基体と前記振動子との間にワイヤを延ばして接続する工程と、
    その後、前記接着材を除去することにより、前記ワイヤによって前記振動子を前記基体に対して宙づり状態に支持させる工程とを備え、
    前記のワイヤボンディングによりワイヤを延ばして接続する工程では、前記振動子に設けられた接続端子部の一つに、複数の前記ワイヤの接続端を接続し、前記ワイヤを、少なくともその複数が前記振動子と電気的に接続する電気配線として機能させることを特徴とする振動子デバイスの製造方法。
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