JP7211082B2 - 振動デバイスおよび振動モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、振動デバイスおよび振動モジュールに関するものである。
特許文献１に記載されている振動デバイスは、基板と、基板の一方の面に搭載された圧電素子と、圧電素子を収納するようにして基板の一方の面に接合された蓋体と、を有する。基板の他方の面には圧電素子と電気的に接続された外部電極が設けられ、この外部電極にボンディングワイヤを接続することが開示されている。
特開２０１１－４９９９２号公報
特許文献１に記載の振動デバイスは、蓋体と基板とが接合されることで、パッケージの内部に振動素子を収容するための空間を有し、平面視で当該空間と重なる位置でボンディングワイヤが外部電極に接続されている。そのため、外部電極にボンディングワイヤを接続する際、接続時の応力により、振動デバイスのパッケージに損傷が生じやすい。
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面と反対側の第２面、を含む第１基板と、
第３面、および前記第３面と反対側の第４面、を含み、前記第３面が前記第２面に接合されることにより前記第１基板との間に収納空間を形成する第２基板と、
前記収納空間に収納されている振動素子と、
前記第２基板の前記第４面に配置され、ワイヤが接続される外部接続端子と、
を有し、
前記ワイヤが接続される位置は、平面視で、前記第１基板と前記第２基板との接合領域と重なる領域内に配置されている。
本適用例にかかる振動デバイスは、前記第１基板と前記第２基板とは直接接合されていることが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスは、第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、振動素子および前記振動素子を囲む枠部を含む中間基板と、
前記第２基板の前記中間基板側の面とは反対の面に配置され、ワイヤが接続される外部接続端子と、
を有し、
前記枠部は、一方の面が前記第１基板に接合され、他方の面が前記第２基板に接合され、
前記ワイヤが接続される位置は、平面視で、前記第１基板と前記枠部との接合領域、および前記第２基板と前記枠部との接合領域、と重なる領域内に配置されている。
本適用例にかかる振動デバイスは、前記枠部と前記第１基板との間に位置し、前記第５面と前記第２面とを接合する第１接合部材と、
前記枠部と前記第２基板との間に位置し、前記第６面と前記第３面とを接合する第２接合部材と、
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は、前記接合領域は、平面視で、前記振動素子を囲む矩形の枠状をなし、
前記接合領域の各辺に沿う４つの延在部のうちの１つと重なる複数の前記ワイヤ接続領域が配置されていることが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスは、前記複数のワイヤ接続領域が配置されている前記延在部の幅は、それ以外の３つの前記延在部の幅よりも大きいことが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスは、前記第２基板は、半導体基板であり、前記振動素子と電気的に接続されている発振回路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は、前記第４面が能動面であることが好ましい。
本適用例にかかる振動モジュールは、上述の適用例の振動デバイスと、
前記振動デバイスが前記第１面を介して取り付けられているモジュール部品と、
を有する。
本適用例にかかる振動モジュールは、上述の適用例のモジュール部品と前記外部接続端子とを電気的に接続しているワイヤを有することが好ましい。
本適用例にかかる電子機器は、上述の適用例の振動デバイスと、
前記発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理装置と、
を備える。
本適用例にかかる移動体は、上述の適用例の振動デバイスと、
前記発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理装置と、
を備える。
第１実施形態に係る振動モジュールを示す断面図である。 図１に示す振動モジュールの平面図である。 振動モジュールが有する振動デバイスをＹ軸方向から見た断面図である。 振動モジュールが有する振動デバイスをＸ軸方向から見た断面図である。 振動デバイスが有する振動素子を示す上面図である。 振動素子の下面を上側から見た透過図である。 振動デバイスの平面図である。 パッケージにキャピラリを押し付けた状態を示す断面図である。 第２実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。 振動デバイスが有する中間基板を示す平面図である。 振動デバイスの平面図である。 第３実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。 発振回路を示す回路図である。 振動デバイスが有するベース基板の断面図である。 振動デバイスの平面図である。 第４実施形態に係る振動モジュールを示す平面図である。 第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。 第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。 第７実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。 第８実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
以下、本発明の一態様の振動デバイス、振動モジュール、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モジュールを示す断面図である。図２は、図１に示す振動モジュールの平面図である。なお、図２は、説明のためモールド材Ｍを省略した振動モジュールを示している。図３は、振動モジュールが有する振動デバイスをＹ軸方向から見た断面図である。図４は、振動モジュールが有する振動デバイスをＸ軸方向から見た断面図である。図５は、振動デバイスが有する振動素子を図１におけるＺ軸の＋から－に向かう方向に見た平面図である。図６は、振動素子を図１におけるＺ軸の＋から－に向かう方向に見た透過図である。図７は、振動デバイスの平面図である。図８は、振動モジュールのパッケージにキャピラリを押し付けた状態を示す断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１のＺ軸方向の＋側を「上」とも言い、Ｚ軸方向－側を「下」とも言う。また、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として説明する。また、「平面視」とは、板厚方向すなわちＺ軸方向から見た平面視を意味する。
図１に示す振動モジュール１０は、支持基板９と、支持基板９に搭載された回路基板８と、回路基板８に搭載された振動デバイス１と、回路基板８と振動デバイス１とを電気的に接続するワイヤＢＷ１と、支持基板９と回路基板８とを電気的に接続するワイヤＢＷ２と、回路基板８および振動デバイス１をモールドするモールド材Ｍと、を有する。本実施形態では、支持基板９および回路基板８が「モジュール部品」に相当する。
－支持基板－
支持基板９は、回路基板８および振動デバイス１を支持する基板であり、例えば、インターポーザー基板である。図２に示すように、支持基板９の上面には複数の接続端子９１が配置され、下面には図示しない複数の実装端子９２が配置されている。また、支持基板９内には図示しない内部配線が配置され、この内部配線を介して、各接続端子９１が、対応する実装端子９２と電気的に接続されている。このような支持基板９の材料としては、絶縁性を備えた材料であればよく、例えば、シリコン、セラミック、樹脂、ガラス、ガラスエポキシ等を用いることができる。
－回路基板－
図１に示すように、回路基板８は、接着剤として機能するダイアタッチ材Ｄ１を介して支持基板９の上面に接合されている。回路基板８は、半導体基板で、その上面が能動面８１となっており、図２に示すように、能動面８１には複数の端子８２が配置されている。回路基板８は、振動デバイス１が有する振動素子２を発振させてクロック信号等の基準信号を生成する発振回路８３を有する。なお、回路基板８は、発振回路８３の他、発振回路８３が生成する基準信号の周波数を振動素子２の温度に基づいて補正する温度補償回路等の回路を有していてもよい。
－振動デバイス－
図３に示すように、振動デバイス１は、接着剤として機能するダイアタッチ材Ｄ２を介して回路基板８の能動面８１に接合されている。また、振動デバイス１は、振動素子２と、振動素子２を収納するパッケージ３と、を有する。パッケージ３は、内側に収納空間Ｓを有し、この収納空間Ｓに振動素子２を収納している。そのため、パッケージ３によって振動素子２を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。このようなパッケージ３は、振動素子２を支持する第２基板としてのベース基板４と、ベース基板４との間に収納空間Ｓを形成するようにベース基板４と接合された第１基板としてのリッド基板５と、を有する。
リッド基板５は、第１面である下面５１と、下面５１と反対側の第２面である上面５２と、を含む板状をなす。また、リッド基板５は、その上面５２側に開口した凹部５３を有する。一方、ベース基板４は、第３面である下面４１と、下面４１と反対側の第４面である上面４２と、を含む板状をなす。そして、ベース基板４は、凹部５３の開口を塞ぐようにして、その下面４１がリッド基板５の上面５２に接合されている。凹部５３の開口をベース基板４で塞ぐことにより収納空間Ｓが形成され、この収納空間Ｓに振動素子２が収納されている。収納空間Ｓは、気密封止され、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、振動素子２を安定して駆動させることができる。ただし、収納空間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の状態となっていてもよい。
これらリッド基板５およびベース基板４は、それぞれ、シリコン基板で構成されている。そして、リッド基板５およびベース基板４は、表面活性化接合法により直接接合されている。具体的には、リッド基板５の上面５２、およびベース基板４の下面４１に対し、Ａｒ等の不活性ガスを照射することにより表面を活性化し、活性化された上面５２と下面４１を貼り合わせて接合して行う。表面活性化接合法によれば、リッド基板５およびベース基板４を常温で接合することができるため、パッケージ３に応力が残留し難くなる。また、接着剤、金属膜等の接合部材を介さずにリッド基板５およびベース基板４を接合することができるため、パッケージ３の低背下を図ることができる。
なお、以下では、リッド基板５とベース基板４とが接合されている領域を接合領域Ｒという。図７に示すように、接合領域Ｒは、リッド基板５の平面視で、振動素子２を囲む矩形の枠状をなしている。
また、図４に示すように、ベース基板４の下面４１には一対の内部接続端子６１、６２が配置され、上面４２には一対の外部接続端子６３、６４が配置されている。また、ベース基板４には、上面４２から下面４１まで貫通する一対の貫通電極６５、６６が配置され、貫通電極６５によって内部接続端子６１と外部接続端子６３とが電気的に接続され、貫通電極６６によって内部接続端子６２と外部接続端子６４とが電気的に接続されている。また、後述するように、内部接続端子６１、６２は、導電性のバンプＢ１、Ｂ２を介して振動素子２と電気的に接続され、外部接続端子６３、６４は、ワイヤＢＷ１を介して回路基板８の能動面８１に形成された端子８２、８２と電気的に接続されている。また、図２において振動デバイス１よりＸ軸方向の－側に示す他の端子８２は、ワイヤＢＷ２を介して支持基板９上に形成された接続端子９１に接続されている。
以上、パッケージ３について説明した。このようなパッケージ３は、リッド基板５の下面５１を下側すなわち回路基板８側に向けて配置され、リッド基板５の下面５１がダイアタッチ材Ｄ２を介して回路基板８の能動面８１に接合されている。つまり、外部接続端子６３、６４が配置されたベース基板４の上面４２は、振動モジュール１０の上側を向いている。
振動素子２は、図５および図６に示すように、水晶基板から形成された振動基板２１と、振動基板２１の表面に配置された電極２２と、を有する。振動基板２１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、ＡＴカット水晶基板から振動基板２１を形成することにより、優れた温度特性を有する振動素子２となる。
電極２２は、振動基板２１の上面に配置された励振電極２２１と、振動基板２１の下面に、励振電極２２１と対向して配置された励振電極２２２と、を有する。また、電極２２は、振動基板２１の上面に配置された一対の端子２２３、２２４と、端子２２３と励振電極２２１とを電気的に接続する配線２２５と、端子２２４と励振電極２２２とを電気的に接続する配線２２６と、を有する。そして、端子２２３、２２４を介して励振電極２２１、２２２間に駆動信号を印加することにより、振動基板２１が厚みすべり振動する。
振動素子２は、導電性を有する一対のバンプＢ１、Ｂ２を介してベース基板４の下面４１に固定されている。また、振動素子２の端子２２３とベース基板４の内部接続端子６１とがバンプＢ１を介して電気的に接続されており、振動素子２の端子２２４とベース基板４の内部接続端子６２とがバンプＢ２を介して電気的に接続されている。
バンプＢ１、Ｂ２としては、導電性および接合性を有していれば、特に限定されないが、例えば、金バンプ、銀バンプ、銅バンプ、半田バンプ等の各種金属バンプを用いることが好ましい。これにより、バンプＢ１、Ｂ２からのアウトガスの発生が低減され、収納空間Ｓ内の環境変化、特に圧力の上昇を効果的に抑制することができる。
以上、振動素子２について説明したが、振動素子２の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動素子２は、励振電極２２１、２２２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２１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、振動素子２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音叉型振動素子、複数の振動腕が面外方向に屈曲振動する音叉型振動素子、駆動振動する駆動腕および検出振動する検出腕を備え角速度を検出するジャイロセンサー素子、または加速度を検出する検出部を備えた加速度センサー素子であってもよい。また、振動基板２１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。更にまた、振動素子５は、圧電駆動型の振動素子に限らず、静電気力を用いた静電駆動型の振動素子であってもよい。
また、本実施形態では、振動基板２１が水晶により構成されているが、振動基板２１の構成材料としては、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により構成されていてもよい。
パッケージ３の説明に戻って、ベース基板４の上面４２に配置された外部接続端子６３、６４について詳細に説明する。図１、図２および図７に示すように、外部接続端子６３、６４は、ボンディングワイヤである導電性のワイヤＢＷ１が接続されたワイヤ接続領域６３１、６４１を有する。そして、外部接続端子６３、６４は、ワイヤ接続領域６３１、６４１の位置Ｐ１、Ｐ２においてワイヤＢＷ１と接続されている。位置Ｐ１、Ｐ２は、ベース基板４の平面視で、接合領域Ｒと重なる領域内に配置されている。本実施形態では、位置Ｐ１、Ｐ２は、ワイヤ接続領域６３１、６４１の中心位置である。
このような構成とすると、外部接続端子６３、６４におけるワイヤＢＷ１と接続されている位置Ｐ１、Ｐ２が、回路基板８との間に、ベース基板４およびリッド基板５が連続的に重なった剛性の高い部分を介する箇所に位置している。つまり、ワイヤＢＷ１と接続されている位置Ｐ１、Ｐ２と回路基板８との間に、収納空間Ｓ等の隙間を介していない。したがって、図８に示すように、外部接続端子６３、６４にワイヤＢＷ１を接続する際、キャピラリＣを外部接続端子６３、６４に押し付けてパッケージ３に応力が加わっても、パッケージ３に損傷が生じにくい。また、ベース基板４として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等で構成されるセラミック基板より脆弱なシリコン基板やガラス基板を用いた場合は、そのような脆弱な材料であっても、パッケージ３に損傷が生じにくい。また、外部接続端子６３、６４にワイヤＢＷ１を接続する際に超音波を用いる場合は、キャピラリＣからワイヤ接続領域６３１、６４１に超音波をより効率的に与えることができる。そのため、ワイヤ接続領域６３１、６４１とワイヤＢＷ１との接合強度が高まり、これらをより確実にかつ強固に接続することができる。そのため、振動モジュール１０の電気的な特性が安定する。
また、ワイヤ接続領域６３１、６４１は、ベース基板４の平面視で、接合領域Ｒと重なる領域内に配置されているのが好ましい。そのような構成とすることで、ワイヤ接続領域６３１、６４１全体にわたって、回路基板８との間に、収納空間Ｓ等の隙間を介していない状態にすることができる。そのため、キャピラリＣを外部接続端子６３、６４に押し付けてパッケージ３に応力が加わっても、更にパッケージ３に損傷が生じにくくすることができる。
なお、図示の構成では、外部接続端子６３、６４側がファーストボンディング（ボールボンディング）であり、端子８２側がセカンドボンディング（ウェッジボンディング）であるが、これに限定されず、この逆であってもよい。つまり、端子８２側がファーストボンディング（ボールボンディング）であり、外部接続端子６３、６４側がセカンドボンディング（ウェッジボンディング）であってもよい。特に、外部接続端子６３、６４側をウェッジボンディングとすることにより、本実施形態と比べて、ワイヤＢＷ１の高さが抑えられ、その分、振動モジュール１０の薄型化を図ることができる。
なお、ワイヤＢＷ１を外部接続端子６３、６４に接続する方式としては、例えば、ワイヤＢＷ１としてアルミニウムワイヤを用いる超音波方式、ワイヤＢＷ１として金ワイヤ用いる熱圧着方式、またはＢＷ１として金ワイヤ用い、超音波と熱圧着を併用する超音波・熱圧着併用方式を用いることができる。
また、前述したように、接合領域Ｒは、ベース基板４の平面視で、振動素子２を囲む矩形の枠状をなす。そのため、図７に示すように、接合領域Ｒは、各辺に沿う４つの延在部Ｒ１～Ｒ４を有する。互いに平行な延在部Ｒ３、Ｒ４は、矩形の長軸方向に延在し、互いに平行な延在部Ｒ１、Ｒ２は、矩形の短軸方向に延在している。そして、ベース基板４の平面視で、延在部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の１つである延在部Ｒ２と重なるように外部接続端子６３、６４のワイヤ接続領域６３１、６４１が配置されている。
このように、１つの延在部Ｒ２と重なるように外部接続端子６３、６４のワイヤ接続領域６３１、６４１を配置することにより、延在部Ｒ２だけにワイヤ接続領域６３１、６４１を配置するためのスペースを確保すればよく、他の３つの延在部Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４には、そのようなスペースを確保する必要がない。そのため、延在部Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４の幅を細くして、接合領域Ｒを小さくすることができる。したがって、パッケージ３の小型化を図ることができる。ただし、これに限定されず、延在部Ｒ１～Ｒ４から選択される２つの延在部に分かれてワイヤ接続領域６３１、６４１が配置されていてもよい。
また、延在部Ｒ２の幅Ｗ１は、他の３つの延在部Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれの幅Ｗ２よりも大きい。つまり、Ｗ１＞Ｗ２である。このような関係とすることにより、延在部Ｒ２と重なる領域が大きくなり、ワイヤ接続領域６３１、６４１を配置し易くなる。さらには、延在部Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４の幅Ｗ２が細くなり、パッケージ３の小型化を図ることができる。ただし、これに限定されず、Ｗ１≦Ｗ２であってもよい。
－モールド材－
モールド材Ｍは、回路基板８および振動デバイス１をモールドし、水分、埃、衝撃等から保護している。モールド材Ｍとしては、特に限定されないが、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂を用いることができ、トランスファーモールド法によってモールドすることができる。本実施形態では、モールド材Ｍを用いたが、回路基板８に凹部を有する金属蓋体を接続して、凹部内に振動デバイスを収容しても良い。
以上、振動モジュール１０について説明した。このような振動モジュール１０に含まれた振動デバイス１は、第１面である下面５１、および下面５１と反対側の第２面である上面５２、を含む第１基板としてのリッド基板５と、第３面である下面４１、および下面４１と反対側の第４面である上面４２、を含み、下面４１が上面５２に接合されることによりリッド基板５との間に収納空間Ｓを形成する第２基板としてのベース基板４と、収納空間Ｓに収納されている振動素子２と、ベース基板４の上面４２に配置され、ワイヤＢＷ１が接続される外部接続端子６３、６４と、を有する。そして、ワイヤＢＷ１が接続される位置は、平面視で、Ｚ軸方向からの平面視で、ベース基板４とリッド基板５との接合領域Ｒと重なる領域内に配置されている。
このように、接合領域Ｒと重ねてワイヤＢＷ１の接続される位置Ｐ１、Ｐ２を配置することにより、外部接続端子６３、６４にワイヤＢＷ１を接続する際、キャピラリＣを外部接続端子６３、６４に押し付けてパッケージ３に応力が加わっても、パッケージ３に損傷が生じにくい。また、外部接続端子６３、６４にワイヤＢＷ１を接続する際に超音波を用いる場合は、キャピラリＣからワイヤ接続領域６３１、６４１に超音波をより効率的に与えることができる。そのため、ワイヤ接続領域６３１、６４１とワイヤＢＷ１との接合強度が高まり、これらをより確実にかつ強固に接続することができる。そのため、振動モジュール１０の電気的な特性が安定する。
また、前述したように、振動デバイス１では、ベース基板４とリッド基板５とは直接接合されている。特に、本実施形態では、表面活性化接合法によりベース基板４とリッド基板５とが接合されている。これにより、ベース基板４およびリッド基板５を常温で接合することができるため、パッケージ３に応力が残留し難くなる。また、接着剤、金属膜等の接合部材を介さずにベース基板４およびリッド基板５を接合することができるため、パッケージ３の低背下を図ることができる。
また、前述したように、接合領域Ｒは、ベース基板４の平面視で、振動素子２を囲む矩形の枠状をなし、接合領域Ｒの各辺に沿う４つの延在部Ｒ１～Ｒ４のうちの１つと重なる複数のワイヤ接続領域６３１、６４１が配置されている。本実施形態では、延在部Ｒ２にワイヤ接続領域６３１、６４１が配置されている。これにより、延在部Ｒ２だけに、ワイヤ接続領域６３１、６４１を配置するためのスペースを確保すればよく、他の３つの延在部Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４にはそのようなスペースを確保する必要がない。そのため、延在部Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４の幅を細くして、接合領域Ｒを小さくすることができる。
また、前述したように、複数のワイヤ接続領域６３１、６４１が配置されている延在部Ｒ２の幅Ｗ１は、当該延在部以外の３つの延在部Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４の幅Ｗ２よりも大きい。これにより、延在部Ｒ２と重なる領域が大きくなり、ワイヤ接続領域６３１、６４１を配置し易くなる。さらには、延在部Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４の幅Ｗ２が細くなり、パッケージ３の小型化を図ることができる。
また、前述したように、振動モジュール１０は、振動デバイス１と、振動デバイス１がリッド基板５の下面５１を介して取り付けられているモジュール部品としての回路基板８と、を有する。そのため、振動モジュール１０は、振動デバイス１の効果を享受でき、小型化を図ることができると共に、高い信頼性を発揮することができる。
また、前述したように、振動モジュール１０は、回路基板８と外部接続端子６３、６４とを電気的に接続しているワイヤＢＷ１を有する。これにより、回路基板８と振動デバイス１とを簡単に電気的に接続することができる。また、外部接続端子６３、６４がパッケージ３の上面に配置されているため、外部接続端子６３、６４にワイヤＢＷ１を接続し易い。
＜第２実施形態＞
図９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１０は、振動デバイスが有する中間基板を示す平面図である。図１１は、振動デバイスの平面図である。
本実施形態に係る振動モジュール１０は、主に、振動デバイス１の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動モジュール１０と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態の振動モジュール１０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ないし図１１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に示す振動デバイス１は、ベース基板４と、リッド基板５と、中間基板７と、を有し、ベース基板４とリッド基板５との間に中間基板７が挟まれた構成となっている。ベース基板４およびリッド基板５は、それぞれ、板状であり、水晶、シリコン、またはガラス材料により構成された板状基板を用いることができる。中間基板７は、リッド基板５側に位置する第５面である下面７１と、ベース基板４側の第６面である上面７２と、を含む板状である。中間基板７は、水晶材料により構成された水晶基板を用いることができる。また、図１０に示すように、中間基板７は、振動素子２と、振動素子２を囲む枠部７３と、振動素子２と枠部７３とを接続する接続部７４と、を有する。
また、図９に示すように、振動デバイス１は、枠部７３とリッド基板５との間に位置し、枠部７３の下面７１とリッド基板５の上面５２とを接合する第１接合部材３１と、枠部７３とベース基板４との間に位置し、枠部７３の上面７２とベース基板４の下面４１とを接合する第２接合部材３２と、を有する。このような構成では、ベース基板４、リッド基板５および枠部７３によってパッケージ３が構成され、その内部に振動素子２を収納する収納空間Ｓが形成される。なお、パッケージ３は、前述した第１実施形態と同様に、リッド基板５の下面５１がダイアタッチ材Ｄ２を介して回路基板８に接合されている。
第１接合部材３１は、枠部７３とリッド基板５とを接合する接合部材として機能するだけでなく、振動素子２とリッド基板５との間に隙間Ｇ１を形成するスペーサーとしても機能する。同様に、第２接合部材３２は、枠部７３とベース基板４とを接合する接合部材として機能するだけでなく、振動素子２とベース基板４との間に隙間Ｇ２を形成するスペーサーとしても機能する。このように、第１、第２接合部材３１、３２をスペーサーとしても用いることにより、パッケージ３の構成がより簡単なものとなる。
第１、第２接合部材３１、３２は、金属膜で構成されている。具体的には、第１接合部材３１は、枠部７３の下面７１に設けられた金属膜とリッド基板５の上面５２に設けられた同種の金属膜とを拡散接合により接合して形成されている。同様に、第２接合部材３２は、枠部７３の上面７２に設けられた金属膜とベース基板４の下面４１に設けられた同種の金属膜とを拡散接合により接合して形成されている。拡散接合によれば、枠部７３とリッド基板５および枠部７３とベース基板４をそれぞれ強固に接合することができる。なお、接合方式としては、拡散接合以外に、陽極接合を用いることができる。
なお、以下では、リッド基板５と枠部７３とが接合されている領域を第１接合領域Ｒａとも言い、ベース基板４と枠部７３とが接合されている領域を第２接合領域Ｒｂとも言う。図１１に示すように、第１、第２接合領域Ｒａ、Ｒｂは、それぞれ、ベース基板４の平面視で、振動素子２を囲む矩形の枠状をなし、互いに重なっている。
また、ベース基板４の上面４２には外部接続端子６３、６４が配置されている。図１１に示すように、外部接続端子６３、６４は、ワイヤＢＷ１が接続されたワイヤ接続領域６３１、６４１を有する。そして、ワイヤＢＷ１が接続される位置は、ベース基板４の平面視で、第１、第２接合領域Ｒａ、Ｒｂと重なって配置されている。
このような構成とすると、外部接続端子６３、６４におけるワイヤＢＷ１と接続されている位置が、回路基板８との間に、ベース基板４、枠部７３およびリッド基板５からなる剛体が連続的に存在する部分を介する箇所に位置している。つまり、ワイヤＢＷ１と接続されている位置と回路基板８との間に収納空間Ｓ等の隙間を介していない。したがって、前述した第１実施形態の図８で説明したように、外部接続端子６３、６４にワイヤＢＷ１を接続する際、キャピラリＣを外部接続端子６３、６４に押し付けてパッケージ３に応力が加わっても、パッケージ３に損傷が生じにくい。また、ベース基板４、枠部７３、およびリッド基板５がシリコン基板、ガラス基板や水晶基板等の脆弱な材料により構成されている場合であっても、パッケージ３に損傷が生じにくい。また、外部接続端子６３、６４にワイヤＢＷ１を接続する際に超音波を用いる場合は、キャピラリＣからワイヤ接続領域６３１、６４１に超音波をより効率的に与えることができる。そのため、ワイヤ接続領域６３１、６４１とワイヤＢＷ１との接合強度が高まり、これらをより確実にかつ強固に接続することができる。そのため、振動モジュール１０の電気的な特性が安定する。
また、ワイヤ接続領域６３１、６４１は、ベース基板４の平面視で、接合領域Ｒと重なる領域内に配置されているのが好ましい。そのような構成とすることで、ワイヤ接続領域６３１、６４１全体にわたって、回路基板８との間に、収納空間Ｓ等の隙間を介していない状態にすることができる。そのため、キャピラリＣを外部接続端子６３、６４に押し付けてパッケージ３に応力が加わっても、更にパッケージ３に損傷が生じにくくすることができる。
以上、本実施形態の振動デバイス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基板としてのリッド基板５と、第２基板としてのベース基板４と、リッド基板５とベース基板４との間に配置され、振動素子２および振動素子２を囲む枠部７３を含む中間基板７と、ベース基板４の上面４２に配置され、ワイヤＢＷ１が接続される外部接続端子６３、６４と、を有する。そして、枠部７３は、下面７１がリッド基板５に接合され、上面７２がベース基板４に接合され、ワイヤＢＷ１が接続される位置は、Ｚ軸方向からの平面視で、リッド基板５と枠部７３との接合領域である第１接合領域Ｒａ、およびベース基板４と枠部７３との接合領域である第２接合領域Ｒｂ、と重なる領域内に配置されている。
このように、第１、第２接合領域Ｒａ、Ｒｂと重なる箇所でワイヤＢＷ１が接続されていることにより、外部接続端子６３、６４にワイヤＢＷ１を接続する際、キャピラリＣを外部接続端子６３、６４に押し付けてパッケージ３に応力が加わっても、パッケージ３に損傷が生じにくい。また、外部接続端子６３、６４にワイヤＢＷ１を接続する際に超音波を用いる場合は、キャピラリＣからワイヤ接続領域６３１、６４１に超音波をより効率的に与えることができる。そのため、ワイヤ接続領域６３１、６４１とワイヤＢＷ１との接合強度が高まり、これらをより確実にかつ強固に接続することができる。そのため、振動モジュール１０の電気的な特性が安定する。
また、前述したように、振動デバイス１は、枠部７３とリッド基板５との間に位置し、枠部７３とリッド基板５とを接合する第１接合部材３１と、枠部７３とベース基板４との間に位置し、枠部７３とベース基板４とを接合する第２接合部材３２と、を有する。これにより、第１接合部材３１によって振動素子２とリッド基板５との間に隙間Ｇ１が形成され、第２接合部材３２によって、振動素子２とベース基板４との間に隙間Ｇ２が形成される。このように、第１、第２接合部材３１、３２がスペーサーとしても用いられ、パッケージ３の構成がより簡単なものとなる。
＜第３実施形態＞
図１２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。なお、ベース基板４の上面４２には、後述する積層体４９が積層されているが、説明のため図１２からは省略する。図１３は、発振回路を示す回路図である。図１４は、振動デバイスが有するベース基板の断面図である。図１５は、振動デバイスの平面図である。
本実施形態に係る振動モジュール１０は、主に、振動デバイス１の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動モジュール１０と同様である。なお、以下の説明では、第３実施形態の振動モジュール１０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１２ないし図１５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１２に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、ベース基板４がシリコン基板等の半導体基板で構成されている。そして、ベース基板４は、上面４２を含み、ベース基板の上面４２側に振動素子２と電気的に接続された回路４８が形成されている。言い換えると、上面４２が能動面となっている。回路４８としては、例えば、図１３に示すような、振動素子２を発振させてクロック信号等の基準信号の周波数を生成する発振回路が挙げられる。このように、ベース基板４に回路４８を形成することにより、振動素子２を気密に封止するためのパッケージの一部を構成しているベース基板４を有効活用することができ、振動モジュール１０の小型化を図ることができる。なお、ベース基板４に回路４８を形成した場合、回路基板８から発振回路８３を省略することができる。そのため、回路基板８の小型化を図ることができる。
図１４に示すように、ベース基板４の上面４２には、絶縁層４９１と配線層４９２とを積層した積層体４９が設けられ、この配線層４９２を介して上面４２に形成された回路要素が接続され、回路４８が構成されている。また、図１５に示すように、積層体４９の表面には回路４８と電気的に接続された３つの外部接続端子６７１、６７２、６７３が設けられている。このうち、外部接続端子６７１は、電源につながる端子であり、外部接続端子６７２は、グランドにつながる端子であり、外部接続端子６７３は、回路４８からの発振信号が出力される端子である。なお、外部接続端子の数としては、３つに限定されず、必要に応じて加減してもよい。
また、図１５に示すように、外部接続端子６７１、６７２、６７３は、ワイヤＢＷ１が接続されたワイヤ接続領域６７１ａ、６７２ａ、６７３ａを有する。そして、外部接続端子６７１、６７２、６７３は、ワイヤ接続領域６７１ａ、６７２ａ、６７３ａの位置Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５においてワイヤＢＷ１と接続されている。位置Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は、ベース基板４の平面視で、接合領域Ｒと重なる領域内に配置されている。本実施形態では、位置Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は、それぞれ、ワイヤ接続領域６７１ａ、６７２ａ、６７３ａの中心位置である。本実施形態では、位置Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は、ベース基板４の平面視で、接合領域Ｒのうち特に延在部Ｒ２と重なる領域内に配置されている。
また、図１４に示すように、ベース基板４の上面４２のうち積層体４９に覆われていない部分に貫通電極６５、６６が形成されている。上面４２の一部を積層体４９から露出させることにより、当該部分に貫通電極６５、６６を形成するための貫通孔を形成し易くなる。また、ベース基板４の上面４２と積層体４９の上面とに亘って配線４７が設けられ、この配線４７を介して貫通電極６５、６６と回路４８とが電気的に接続されている。
以上のように、本実施形態の振動デバイス１では、ベース基板４は、半導体基板であり、振動素子２と電気的に接続されている発振回路としての回路４８を有する。このように、ベース基板４に回路４８を形成することにより、ベース基板４のスペースを有効活用することができ、振動モジュール１０の小型化を図ることができる。
また、前述したように、ベース基板４の上面４２が能動面である。これにより、外部接続端子６７１、６７２、６７３をパッケージ３の外表面に形成し易くなる。そのため、回路４８と回路基板８との接続が容易となる。
＜第４実施形態＞
図１６は、第４実施形態に係る振動モジュールを示す平面図である。
本実施形態に係る振動モジュール１０は、主に、支持基板９を介して回路基板８と振動デバイス１とが電気的に接続されていること以外は、前述した第１実施形態の振動モジュール１０と同様である。なお、以下の説明では、第４実施形態の振動モジュール１０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１６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１６に示すように、本実施形態の振動モジュール１０では、外部接続端子６３、６４は、それぞれ、ワイヤＢＷ１を介して支持基板９に設けられた接続端子９１と電気的に接続されている。つまり、外部接続端子６３、６４は、支持基板９を介して回路基板８と電気的に接続されている。
＜第５実施形態＞
図１７は、第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１７に示すラップトップ型のパーソナルコンピューター１１００は、上述の第３実施形態の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
また、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２や表示部１１０８などの制御に関する演算処理を行う演算処理回路を備えている。演算処理回路は、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する。
このように、電子機器としてのパーソナルコンピューター１１００は、振動デバイス１と、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理回路と、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。
＜第６実施形態＞
図１８は、第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１８に示す携帯電話機１２００は、上述の第３実施形態の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。携帯電話機１２００は、アンテナ、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
また、携帯電話１２００は、操作ボタン１２０２などの制御に関する演算処理を行う演算処理回路を備えている。演算処理回路は、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する。
このように、電子機器としての携帯電話機１２００は、振動デバイス１と、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理回路と、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。
＜第７実施形態＞
図１９は、第７実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１９に示すデジタルスチールカメラ１３００は、上述の第３実施形態の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。ボディ１３０２の背面には表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ボディ１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズやＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
また、デジタルスチールカメラ１３００は、表示部１３１０や受光ユニット１３０４などの制御に関する演算処理を行う演算処理回路を備えている。演算処理回路は、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する。
このように、電子機器としてのデジタルスチールカメラ１３００は、振動デバイス１と、振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理回路と、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、本発明の電子機器は、前述したパーソナルコンピューター、携帯電話機およびデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、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、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、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（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、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８実施形態＞
図２０は、第８実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
図２０に示す自動車１５００は、上述の第３実施形態の振動デバイスを備える移動体を適用した自動車である。自動車１５００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１、および振動デバイス１の発振回路から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理回路が内蔵されている。そのような振動デバイス１と演算処理回路は、例えば、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。
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から出力される発振信号に基づいて動作する演算処理回路と、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、移動体としては、自動車１５００に限定されず、例えば、飛行機、船舶、ＡＧＶ（無人搬送車）、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。
以上、本発明の振動デバイス、振動モジュール、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、本発明は、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、１０…振動モジュール、２…振動素子、２１…振動基板、２２…電極、２２１、２２２…励振電極、２２３、２２４…端子、２２５、２２６…配線、３…パッケージ、３１…第１接合部材、３２…第２接合部材、４…ベース基板、４１…下面、４２…上面、４７…配線、４８…回路、４９…積層体、４９１…絶縁層、４９２…配線層、５…リッド基板、５１…下面、５２…上面、５３…凹部、６１、６２…内部接続端子、６３、６４…外部接続端子、６３１、６４１…ワイヤ接続領域、６５、６６…貫通電極、６７１、６７２、６７３…外部接続端子、６７１ａ、６７２ａ、６７３ａ…ワイヤ接続領域、７…中間基板、７１…下面、７２…上面、７３…枠部、７４…接続部、８…回路基板、８１…能動面、８２…端子、８３…発振回路、９…支持基板、９１…接続端子、９２…実装端子、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ボディ、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１５００…自動車、Ｂ１、Ｂ２…バンプ、Ｃ…キャピラリ、Ｄ１、Ｄ２…ダイアタッチ材、Ｇ１、Ｇ２…隙間、Ｍ…モールド材、Ｒ…接合領域、Ｒ１～Ｒ４…延在部、Ｒａ…第１接合領域、Ｒｂ…第２接合領域、Ｓ…収納空間、ＢＷ１、ＢＷ２…ワイヤ、Ｗ１、Ｗ２…幅

Claims (8)

  1. 第１面、および前記第１面と反対側の第２面、を含む第１基板と、
    第３面、および前記第３面と反対側の第４面、を含み、前記第３面が前記第２面に接合されることにより前記第１基板との間に収納空間を形成する第２基板と、
    前記収納空間に収納されている振動素子と、
    前記第２基板の前記第４面に配置され、ワイヤが接続される外部接続端子と、
    を有し、
    前記ワイヤが接続される位置は、平面視で、前記第１基板と前記第２基板との接合領域と重なる領域内に配置されており、
    前記接合領域は、平面視で、前記振動素子を囲む矩形の枠状をなし、
    前記接合領域の各辺に沿う４つの延在部のうちの１つと重なる複数のワイヤ接続領域が配置されており、
    前記複数のワイヤ接続領域が配置されている前記延在部の幅は、当該延在部以外の３つの前記延在部の幅よりも大きいことを特徴とする振動デバイス。
  2. 前記第１基板と前記第２基板とは直接接合されている請求項１に記載の振動デバイス。
  3. 前記第２基板は、半導体基板であり、前記振動素子と電気的に接続されている発振回路を有する請求項１または２に記載の振動デバイス。
  4. 前記第４面が能動面である請求項３に記載の振動デバイス。
  5. 第１基板と、
    第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、振動素子および前記振動素子を囲む枠部を含む中間基板と、
    前記第２基板の前記中間基板側の面とは反対の面に配置され、ワイヤが接続される外部接続端子と、
    を有し、
    前記枠部は、一方の面が前記第１基板に接合され、他方の面が前記第２基板に接合され、
    前記ワイヤが接続される位置は、平面視で、前記第１基板と前記枠部との接合領域、および前記第２基板と前記枠部との接合領域、と重なる領域内に配置されており、
    前記接合領域は、平面視で、前記振動素子を囲む矩形の枠状をなし、
    前記接合領域の各辺に沿う４つの延在部のうちの１つと重なる複数のワイヤ接続領域が配置されており、
    前記複数のワイヤ接続領域が配置されている前記延在部の幅は、当該延在部以外の３つの前記延在部の幅よりも大きいことを特徴とする振動デバイス。
  6. 前記枠部と前記第１基板との間に位置し、前記枠部と前記第１基板とを接合する第１接合部材と、
    前記枠部と前記第２基板との間に位置し、前記枠部と前記第２基板とを接合する第２接合部材と、
    を有する請求項５に記載の振動デバイス。
  7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動デバイスと、
    前記振動デバイスが取り付けられているモジュール部品と、
    を有することを特徴とする振動モジュール。
  8. 前記モジュール部品と前記外部接続端子とを電気的に接続しているワイヤを有する請求項７に記載の振動モジュール。
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