JP6834189B2 - 振動デバイス、振動デバイスの製造方法、電子機器および移動体 - Google Patents
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Description
本発明の振動デバイスは、振動素子と、
前記振動素子を収納している容器と、
前記容器に収納されている第1温度制御素子および第2温度制御素子と、を備え、
前記容器は、
孔部が設けられているベース層と、
前記振動素子と前記ベース層との間に配置され、前記ベース層の平面視で前記孔部と重なる遮蔽部を有する遮蔽層と、
前記ベース層と前記遮蔽層との間に配置され、前記ベース層の平面視で前記孔部と重なる部分を有する空隙部、前記第1温度制御素子を収納する第1開口部、および、前記第2温度制御素子を収納する第2開口部を含むスペーサー層と、を有し、
前記孔部は、前記ベース層の平面視において前記第1開口部と前記第2開口部との間に配置されていることを特徴とする。
なお、ここでいう孔部は容器のベース層が孔を有する形状であることを意味しており、容器と外気を連通していることを意味しない。孔部は封止材によって封止されている構成であってよい。
これにより、容器の機械的特性を優れたものとしつつ、空隙部の流路抵抗を小さくして、容器を封止する前に、孔部および空隙部を通じて容器内の脱気を効率的に行うことができる。
前記平面視で、前記溝部の前記第1開口部側の端部は前記第3開口部内にあり、前記溝部の前記第2開口部側の端部は前記第4開口部内にあることが好ましい。
前記固定部は、前記ベース層の平面視において、前記第1温度制御素子に対して前記第2温度制御素子側に位置し、かつ、前記第2温度制御素子に対して前記第1温度制御素子側に位置していることが好ましい。
これにより、第1温度制御素子と振動素子との間の熱抵抗と、第2温度制御素子と振動素子との間の熱抵抗との差を低減することができる。その結果、第1温度制御素子および第2温度制御素子による温度制御の精度を高めることができる。
前記ベース基板が前記ベース層、前記遮蔽層および前記スペーサー層を有することが好ましい。
このようなベース層、遮蔽層およびスペーサー層を有するベース基板上に振動素子を搭載することで、振動素子と孔部との間に遮蔽部を介在させることができる。これにより、エネルギー線を用いて孔部を封止材により封止する際、振動素子のエネルギー線による損傷や、飛散する封止材による容器内のコンタミネーションの発生を効果的に低減することができる。
前記振動素子を前記遮蔽部に対して前記孔部とは反対側に配置して前記容器に収納するとともに、前記第1開口部に前記第1温度制御素子を収納し、かつ、前記第2開口部に前記第2温度制御素子を収納する収納工程と、
前記孔部に封止材を配置し、エネルギー線を前記封止材に照射することにより前記孔部を封止する封止工程と、を有することを特徴とする。
このような電子機器によれば、優れた特性を有する振動デバイスを備えるため、優れた信頼性を発揮させることができる。
このような移動体によれば、優れた特性を有する振動デバイスを備えるため、優れた信頼性を発揮させることができる。
(振動デバイス)
まず、本発明の振動デバイスの実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、振動デバイス1の各部の構成を説明する。
第1容器4(第1パッケージ)は、第2容器3を収納する凹部411を有する箱状の第1ベース基板41(ベース)と、凹部411の開口を塞ぐように配置された状態で第1ベース基板41に接合部材43を介して接合されている板状の第1蓋体42(リッド)と、を有している。第1容器4内の空間S1は、減圧(真空)状態となっていることが好ましい。これにより、空間S1内に収納されている各部の温度が第1容器4の外部の温度変動によって変動することを低減することができる。なお、第1容器4内の空間S1は、減圧状態でなくてもよく、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。
回路素子6は、前述した第1容器4の第1ベース基板41の底面(より具体的には層412の上面)に対して接着剤等によって固定されている。回路素子6は、図示しない複数の端子を有し、この各端子がボンディングワイヤー62によって、第1ベース基板41の層413の上面に設けられている各接続端子(図示せず)と電気的に接続されている。この回路素子6は、図示しないが、振動素子2を駆動するための駆動回路(発振回路)を有している。なお、回路素子6は、第1容器4の外部に設けられていてもよい。
複数の温度制御素子51は、前述した第1容器4の第1ベース基板41の底面(より具体的には層414の上面)に対して接着剤等によって固定されている。温度制御素子51は、図示しない複数の端子を有し、この各端子が導電性ワイヤー等の配線(図示せず)によって、第1ベース基板41に設けられている各接続端子(図示せず)と電気的に接続されている。この温度制御素子51は、第2容器3の温度が所望温度に維持されるように温度制御を行う素子である。例えば、温度制御素子51は、ヒーターICであり、図示しないが、通電により発熱する発熱部と、発熱部の温度を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて発熱部の作動を制御する制御部と、を有している。
第2容器3は、振動素子2(発振素子)を収納する容器であり、前述した温度制御素子51に対して接着剤71を介して固定されている。この第2容器3(第2パッケージ)は、振動素子2および温度制御素子52を収納する凹部311を有する箱状の第2ベース基板31(ベース)と、凹部311の開口(図1中下側)を塞ぐように配置された状態で第2ベース基板31に接合部材33を介して接合されている板状の第2蓋体32(リッド)と、を有している。第2容器3内の空間S2は、減圧(真空)状態となっていることが好ましい。これにより、空間S2内に収納されている各部の温度が第2容器3の外部の温度変動によって変動することを低減することができる。なお、第2容器3内の空間S2は、減圧状態でなくてもよく、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。
振動素子2は、前述した第2容器3の空間S2内に収納されている。また、振動素子2は、導電性接着剤72を介して、前述した第2ベース基板31の凹部311の段差を形成する2つの面のうちの開口側の面(凹部311の深さが浅い側の面)に設けられた接続端子(図示せず)に固定されている。なお、導電性接着剤72は、導電性金属材料で代替することもできる。また、導電性接着剤に代えて非導電性の接着剤を用いてもよく、この場合、第2ベース基板31上の接続端子に対して振動素子2をボンディングワイヤーにより電気的に接続してもよい。
複数の温度制御素子52は、前述した第2容器3の第2ベース基板31の底面(より具体的には段差を形成する2つの面のうちの底部側の面)に対して接着剤等によって固定されている。温度制御素子52は、図示しない複数の端子を有し、この各端子が導電性ワイヤー等の配線(図示せず)によって、第2ベース基板31に設けられている各接続端子(図示せず)と電気的に接続されている。この温度制御素子52は、振動素子2の温度が所望温度に維持されるように温度制御を行う素子である。例えば、温度制御素子52は、前述した温度制御素子51と同様、ヒーターICであり、図示しないが、通電により発熱する発熱部と、発熱部の温度を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて発熱部の作動を制御する制御部と、を有している。
以下、第2ベース基板31について詳述する。
図2は、図1に示す振動デバイスの一部拡大断面図である。図3は、図2に示す容器が備えるベース基板の分解斜視図である。図4は、図2に示す容器が備えるベース基板の平面図である。なお、図2は、図1に対して切断方向が90°異なっており、また、図1では、第2ベース基板31の詳細な構成の図示が省略されている。
以下、本発明の振動デバイスの製造方法について、前述した振動デバイス1を製造する場合を例に説明する。
図5は、本発明の振動デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。
振動デバイス1の製造方法は、振動素子2を収納した第2容器3を封止した構造体を製造する工程を含み、かかる工程は、図5に示すように、[1]準備工程S10と、[2]収納工程S20と、[3]封止工程S30と、を有する。以下、各工程を順次説明する。
図示しないが、まず、第2ベース基板31、第2蓋体32、振動素子2および複数の温度制御素子52を準備する。
また、第2ベース基板31は、例えば、アルミナ粉末と、ホウケイ酸ガラス粉末と、有機樹脂バインダーとの混合物をシート状に成形したセラミックグリーンシートを焼成することで得られる。その際、セラミックグリーンシートは、第1ベース層312、第2ベース層313、スペーサー層314、遮蔽層315および枠体層316に対応する複数層からなり、各層には配線用の貫通孔をパンチング等によって適宜形成し、その貫通孔を含む領域に、タングステン、モリブテン等の高融点金属を含む導体ペーストを適宜充填・塗布する。かかる導体ペーストが焼成後に接続端子や配線となる。また、得られた第2ベース基板31上には接合部材33をろう材により接合する。
図6は、図5に示す収納工程を説明する図である。
次に、図6に示すように、第2容器3内に振動素子2および温度制御素子52を収納する。このとき、振動素子2を遮蔽部315aに対して孔部317とは反対側に配置して第2容器3に収納する。
図7は、図5に示す封止工程を説明する図である。
次に、図7に示すように、AuGe等の金属材料で構成された半田ボールのような形状の封止材34Aを孔部317内に載置し、その封止材34Aにレーザー等のエネルギー線LLを照射する。これにより、封止材34Aを溶融した後に固化させて封止材34を形成する。このとき、真空下(減圧下)で封止材34の形成を行うことにより、真空封止された空間S2が得られる。
次いで、本発明の振動デバイスを備える電子機器(本発明の電子機器)について、図10〜12に基づき、詳細に説明する。
次に、本発明の振動デバイスを備える移動体(本発明の移動体)について説明する。
また、前述した実施形態では、振動デバイスが恒温槽型水晶発振器である場合を例に説明したが、これに限定されず、本発明は、恒温槽型水晶発振器以外の水晶発振器、水晶発振器以外の発振器、加速度、角速度等の物理量を検出する物理量センサーにも適用可能である。すなわち、振動素子は、タイミング源として用いられる発振素子に限定されず、例えば、加速度、角速度等の物理量に応じた信号を出力するセンサー素子であってもよい。
Claims (8)
- 振動素子と、
前記振動素子を収納している容器と、
前記容器に収納されている第1温度制御素子および第2温度制御素子と、を備え、
前記容器は、
孔部が設けられているベース層と、
前記振動素子と前記ベース層との間に配置され、前記ベース層の平面視で前記孔部と重なる遮蔽部を有する遮蔽層と、
前記ベース層と前記遮蔽層との間に配置され、前記ベース層の平面視で前記孔部と重なる部分を有する空隙部、前記第1温度制御素子を収納する第1開口部、および、前記第2温度制御素子を収納する第2開口部を含むスペーサー層と、を有し、
前記孔部は、前記ベース層の平面視において前記第1開口部と前記第2開口部との間に配置されていることを特徴とする振動デバイス。 - 前記空隙部はさらに、前記ベース層の平面視において前記孔部と重なる部分から前記第1開口部側および前記第2開口部側に延びている溝部を含む請求項1に記載の振動デバイス。
- 前記遮蔽層は、平面視で、前記第1開口部を包含している第3開口部、および、前記第2開口部を包含している第4開口部を含み、
前記平面視で、前記溝部の前記第1開口部側の端部は前記第3開口部内にあり、前記溝部の前記第2開口部側の端部は前記第4開口部内にある請求項2に記載の振動デバイス。 - 前記容器に対して前記振動素子を固定している固定部を備え、
前記固定部は、前記ベース層の平面視において、前記第1温度制御素子に対して前記第2温度制御素子側に位置し、かつ、前記第2温度制御素子に対して前記第1温度制御素子側に位置している請求項1ないし3のいずれか1項に記載の振動デバイス。 - 前記容器は、ベース基板、および、前記ベース基板に接合されている蓋体を有し、前記ベース基板と前記蓋体との間に前記振動素子を収納しており、
前記ベース基板が前記ベース層、前記遮蔽層および前記スペーサー層を有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の振動デバイス。 - 振動素子と、第1温度制御素子と、第2温度制御素子と、孔部が設けられているベース層、前記ベース層の平面視で前記孔部と重なる遮蔽部を有する遮蔽層、および、前記ベース層と前記遮蔽層との間に配置され、前記ベース層の平面視で前記孔部と重なる部分を有する空隙部と、前記第1温度制御素子を収納し、前記ベース層の平面視で前記孔部と重ならない第1開口部と、前記第2温度制御素子を収納し、前記ベース層の平面視で前記孔部と重ならない第2開口部とを含むスペーサー層を有する容器と、を準備する準備工程と、
前記振動素子を前記遮蔽部に対して前記孔部とは反対側に配置して前記容器に収納するとともに、前記第1開口部に前記第1温度制御素子を収納し、かつ、前記第2開口部に前記第2温度制御素子を収納する収納工程と、
前記孔部に封止材を配置し、エネルギー線を前記封止材に照射することにより前記孔部を封止する封止工程と、を有することを特徴とする振動デバイスの製造方法。 - 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を備えることを特徴とする電子機器。
- 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を備えることを特徴とする移動体。
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