JP6634678B2 - 振動子、発振器、電子機器、および移動体 - Google Patents
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Description
これらにより、振動子が外部から加熱され、熱膨張によってパッケージに反りなどの変形を生じた場合に、振動素子の特性にその影響を与え難くなり、例えば温度特性などの振動子の特性劣化を防止することが可能となる。
0.0018×L/T≦Δtの関係に構成されていることが好ましい。
図1および図2を用い、本発明の第1実施形態に係る振動子について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る振動子の概略を示し、図1(a)は、蓋部材および振動素子を省略(透視)した平面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A断面図である。また、図2は、第1実施形態に係る振動子に用いられる振動素子の概略を示し、図2(a)は平面図、図2(b)は正面図である。
図1(a)、図1(b)に示す振動子1は、振動素子15と、振動素子15を収納するパッケージ13と、振動素子15をパッケージ13に接続する接続部20と、振動素子15を保持する支持部としての第1支持部25および第2支持部28と、パッケージ13との間に収納空間としての内部空間14を形成する蓋体としてのリッド26とを有している。以下、振動素子15、パッケージ13、接続部20、第1支持部25、第2支持部28、およびリッド26について順次詳細に説明する。
図2(a)、図2(b)に示す振動素子15は、圧電材料の一例としての水晶により形成された水晶基板(圧電基板)が用いられている。水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、互いに直交する結晶軸X、Y、Zを有する。X軸、Y軸、Z軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。そして。本実施形態に係る水晶基板は、SCカット水晶基板を好適に用いることができる。SCカット水晶基板は、Z軸の回りに時計方向にX軸をφ=3°以上30°以下回転させて設定したX’軸に平行な辺を有し、X’軸の回りに時計方向にZ軸をψ=33°以上36°以下回転させたZ’軸に平行な辺を有する、所謂ダブルローテーションカットの水晶基板の内、φ=約22°、ψ=約34°としたときの水晶基板である。なお、水晶基板は、XZ面をX軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された水晶基板であってもよく、例えば、角度θを略35°15′としたATカット水晶基板であってもよい。
図1(a)、図1(b)に示すベース基板としてのパッケージ13は、底板11と、底板11の表面周縁部に設けられている枠状の側壁12と、側壁12の上面に設けられている図示しない接合材としてのシームリングとを有している。パッケージ13は、振動素子15を収納するものである。
なお、接続部20が第2中心線CL2上に配置されている場合は、第1支持部25および第2支持部28が、第1中心線CL1上に配置されることになる。
リッド26は、板状の部材であり、パッケージ13の上面に開放する凹部の開口を塞ぎ、凹部の開口の周囲を、例えばシーム溶接法などを用いて接合されている。本例のリッド26は、板状であるため、形成が行い易く、さらには形状の安定性にも優れる。また、本例のリッド26には、コバールの板材が用いられている。リッド26にコバールの板を用いることで封止の際に、コバールで形成されているシームリングとリッド26とが同じ溶融状態で溶融され、さらには合金化もされ易いため封止を容易に、且つ確実に行うことができる。なお、リッド26には、コバールに換えて他の材料の板材を用いてもよく、例えば、42アロイ、ステンレス鋼などの金属材料、またはパッケージ13の側壁12と同材料などを用いることができる。
このとき、図3(a)に示すように、第1支持部25および第2支持部28の底板(ベース基板)11Aからの高さをΔt、底板(ベース基板)11Aの厚さをT、接続部20の設けられている第1中心線CL1(図1参照)上または第2中心線CL2(図1参照)上における振動素子15の長さをLとする。
図3(a)に示す、変形例に係る振動子1Aは、パッケージを構成するベース基板としての底板11Aの振動素子15の配置されている一方側と表裏の関係となる他方側に、パワートランジスターなどの加熱素子30が接続されている。また、加熱素子30が設けられている領域のベース基板としての底板11Aと加熱素子30の間には、熱伝導層31が設けられている。そして、振動素子15は、接続部20によって底板11Aに接続されている。このような構成の振動子1Aでは、加熱素子30によって底板11Aが加熱されると、底板11Aは、図中矢印の方向に反りを生じ、2点鎖線で示す底板11Bのように変形する。図3(b)のグラフには、底板11Aの厚さTと底板11Aの端部における変形量ΔTとの関係が示されている。図3(b)に示されているように、底板11Aの厚さTと変形量ΔTには相関が見られ、底板11Aの厚さTが小さい(底板11Aが薄い)程、変形量ΔTが大きくなることが分かる。
また、底板11Aと加熱素子30の間に熱伝導層31が設けられていることから、加熱素子30によって生じた熱エネルギーを熱伝導層31によって広い面積に拡散することができ、広い面積で底板11Aを加熱することができる。これにより底板11Aを均一な温度で温める(加温する)ことが可能となる。
また、上述の例では、支持部として第1支持部25および第2支持部28が設けられている例で説明したが、支持部の数は問わない。
次に、図6および図7を用いて、振動素子の変形例について説明する。図6に示す変形例に係る振動素子15Aでは、接続部20Aと、支持部としての第1支持部25Aおよび第2支持部28Aとの配置が、第1実施形態の振動素子15と異なる。なお、図6は、振動素子の接続部における変形例を示す平面図である。図7は、変形例の振動素子を用いた振動子のリフロー特性(周波数変化)を示すグラフである。また、本変形例の説明では、上述の第1実施形態と同様な構成については、同符号を付して説明を省略する、あるいは簡略化することがある。
次に、図8を用い、本発明の第2実施形態に係る発振器について説明する。図8は、本発明の第2実施形態に係る発振器の概略を示す正断面図である。なお、本形態の発振器150では、振動子として上述の第1実施形態に例示された振動子1を用いている。したがって、振動子1の説明では実施形態1と同符号を付し、その説明を省略する。
図8に示す、第2実施形態に係る発振器150について説明する。発振器150は、プリント基板101a上に被せられた金属又は樹脂製のキャップ155によって形成された内部空間224を有している。キャップ155は、プリント基板101a上に半田123などを用いて接続されている。この内部空間224は、非気密、即ち大気開放されていてもよいし、気密空間であってもよい。ここで、内部空間224を構成するプリント基板101aおよびキャップ155をパッケージと呼ぶ。
加熱素子106は、前述のように振動子1の底板11の外面(裏面)に設けられている熱伝導層109に樹脂接着剤などによって接続されている。加熱素子106は、平面視で略矩形状の素子であり、通電することにより発熱を行う機能を有している、加熱素子106は、例えばパワートランジスターを用いることができる。加熱素子106としてパワートランジスターを用いることにより、パワートランジスターによって発生させた熱を、有効に底板11(パッケージ13)の加熱に利用することができ、即ち振動子1(振動素子)を有効に加熱することができる。これにより、加熱効率を高め、発振器150の小型化に寄与できる。加熱素子106の振動子1との接続面と表裏の関係にある主面には、図示しないパッドが設けられており、このパッドと前述した振動子1の底板11の外面(裏面)に設けられている端子電極108とが図示しない金属配線(ボンディングワイヤー)などによって電気的導通をとって接続されている。
回路素子110は、プリント基板101a上に導電性接着剤などによって接続されている。回路素子110は、例えば振動子1の振動素子15を発振させる発振回路、あるいは加熱素子106の温度制御を行う制御回路などを備えている。回路素子110の能動面には図示しないパッド電極が設けられており、このパッド電極と、プリント基板101a上に設けられた図示しない電極とが、図示しない金属配線(ボンディングワイヤー)などによって電気的導通をとって接続されている。なお、図示しないが、該電極は、加熱素子106、振動子1などの各構成部位と電気的に接続されている。
次いで、本発明の一実施形態に係る振動子1,1A、発振器150を適用した電子機器について、図9〜図11に基づき、詳細に説明する。なお、説明では、振動素子15を備えた振動子1を適用した例を示している。
次いで、本発明の一実施形態に係る振動子1,1A、発振器150を適用した移動体について、図12に基づき、詳細に説明する。なお、説明では、振動素子15を備えた振動子1を適用した例を示している。図12は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車506には本発明に係る振動子1が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車506には振動子1を内蔵してタイヤ509などを制御する電子制御ユニット508が車体507に搭載されている。また、振動子1は、他にも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。
Claims (9)
- 圧電材料により形成された素子片、平面視で前記素子片の中央部に設けられた励振電極、および、前記励振電極から前記素子片の外周縁に向かって延出しており、前記励振電極と前記素子片の前記外周縁との間の領域である外周端部に設けられている接続電極を含む振動素子と、
ベース基板と、
前記ベース基板の厚さ方向における一方側において、平面視で前記接続電極と重なる位置に設けられており、前記ベース基板と前記振動素子とを接続している接続部と、
前記ベース基板の前記一方側において、平面視で前記外周端部に重なり、かつ前記接続部とは異なる位置に設けられている第1支持部および第2支持部と、を備え、
前記第1支持部は、前記振動素子の中心及び前記接続部を通る第1の軸によって2つに分けられる前記振動素子の一方の領域であって、前記第1の軸を前記振動素子の中心を基点として90°回転させた第2の軸に対して、±10°の領域に設けられており、
前記第2支持部は、前記第1の軸によって2つに分けられる前記振動素子の他方の領域であって、前記第2の軸に対して、±10°の領域に設けられており、
前記振動素子は、前記接続部、前記第1支持部、および前記第2支持部の3つの部分で支持されていることを特徴とする振動子。 - 振動素子と、
ベース基板と、
前記ベース基板の厚さ方向における一方側において、平面視で前記振動素子の外周端部と重なる位置に設けられている接続部と、
前記ベース基板の前記一方側において、平面視で前記外周端部と重なり、かつ前記接続部とは異なる位置に設けられている支持部と、を備え、
前記支持部は、前記振動素子の中心及び前記接続部を通る軸を、前記振動素子の中心を基点として90°回転させた軸に対して、±10°の領域に設けられており、
前記振動素子は、水晶基板を含む水晶振動素子であり、
前記接続部を通る前記軸である第1の軸または前記第1の軸に直交する第2の軸が、前記水晶基板の水晶結晶軸のX軸に対して、10°傾いていることを特徴とする振動子。 - 請求項1または請求項2において、
前記ベース基板の前記一方側と表裏の関係にある他方側に加熱素子が設けられていることを特徴とする振動子。 - 請求項3において、
前記支持部は、前記ベース基板の前記一方側に形成された金属バンプであることを特徴とする振動子。 - 請求項3または請求項4において、
前記加熱素子が設けられている領域の前記ベース基板と前記加熱素子の間には、熱伝導層が設けられていることを特徴とする振動子。 - 請求項3ないし請求項5のいずれか一項において、
前記加熱素子は、パワートランジスターであることを特徴とする振動子。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の振動子と、
前記振動子と電気的に接続されている回路素子と、
前記振動子、および前記回路素子を搭載しているパッケージと、を備えていることを特徴とする発振器。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の振動子を備えていること特徴とする電子機器。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の振動子を備えていること特徴とする移動体。
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