JP7413682B2 - 振動デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents
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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に記載されている圧電デバイスは、第１集積回路が形成された第１半導体基板と、第２集積回路が形成された第２半導体基板と、振動素子およびこれを囲む枠部を有する素子基板と、を有する。素子基板は、第１半導体基板と第２半導体基板との間に位置し、枠部の下面が第１半導体基板の上面に接合され、上面が第２半導体基板の下面に接合されている。そして、第１半導体基板、第２半導体基板および枠部で囲まれた空間内に振動素子が収容されている。
しかしながら、このような構成の振動デバイスでは、３つの部材、すなわち第１半導体基板、第２半導体基板および枠部から振動素子を収容する空間を形成しているため、振動デバイスの薄型化を図ることが困難である。
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面の反対側に位置する第２面と、前記第１面および前記第２面の少なくとも一方に配置されている第１集積回路と、を有する第１基板と、
前記第２面と接合されている第３面と、前記第３面の反対側に位置する第４面と、前記第３面に開口する凹部と、前記第４面に配置されている第２集積回路と、を有する第２基板と、
前記凹部の開口が前記第１基板により塞がれることにより画成されている空間内に収納されている振動素子と、を有することを特徴とする。
前記第２面と接合されている第３面と、前記第３面の反対側に位置する第４面と、前記第３面に開口する凹部と、前記第４面に配置されている第２集積回路と、を有する第２基板と、
前記凹部の開口が前記第１基板により塞がれることにより画成されている空間内に収納されている振動素子と、を有することを特徴とする。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記振動素子は、前記第１基板に固定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では、前記第１集積回路は、前記振動素子を発振させる発振回路を含み、
前記第２集積回路は、前記発振回路から出力される発振信号を処理する処理回路を含むことが好ましい。
前記第２集積回路は、前記発振回路から出力される発振信号を処理する処理回路を含むことが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記振動素子の温度を検出する温度検出素子を有し、
前記第１集積回路および前記第２集積回路の一方は、前記温度検出素子の検出結果に基づいて前記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。
前記第１集積回路および前記第２集積回路の一方は、前記温度検出素子の検出結果に基づいて前記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。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記第２基板は、前記第１集積回路と前記第２集積回路とを電気的に接続する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、前記第３面には、集積回路が配置されていないことが好ましい。
本適用例にかかる振動デバイスでは、前記第１集積回路は、前記第１面および前記第２面のいずれか一方に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では、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方には、前記空間内の圧力を検出する圧力検出部が配置されていることが好ましい。
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、を備えていることを特徴とする。
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、を備えていることを特徴とする。
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、を備えていることを特徴とする。
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、を備えていることを特徴とする。
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、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ－Ｂ線断面図である。図４は、振動素子を示す断面図である。図５は、回路構成を示すブロック図である。なお、説明の便宜上、図１～図４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、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ－Ｂ線断面図である。図４は、振動素子を示す断面図である。図５は、回路構成を示すブロック図である。なお、説明の便宜上、図１～図４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、発振器として用いられる。このような振動デバイス１は、第１基板としてのベース４と、ベース４に接合されている第２基板としてのリッド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素子５と、を有する。このような構成は、ベース４およびリッド３すなわち２枚の基板から振動素子５を収納する空間Ｓを形成している。そのため、前述した従来技術のように３枚の基板から空間Ｓを形成している構成と比べて、振動デバイス１の小型化、特に薄型化を図ることができる。
なお、本明細書においては、「接合されている」とは直接的に接合されている場合の他、何らかの介在物を介して間接的に接合されている場合、例えば、後述するように接合部材６を介して面同士が直接接合されている場合も含むものである。
まず、ベース４について説明する。ベース４は、第１面である下面４１１および下面４１１の反対側に位置する第２面である上面４１２を有する板状のベース基板４１と、上面４１２側に配置されている第１集積回路４２と、下面４１１に配置されている複数の端子４３と、ベース基板４１を厚さ方向に貫通し、各端子４３と第１集積回路４２とを電気的に接続している複数の貫通電極４４と、を有する。なお、各端子４３および各貫通電極４４とベース基板４１との間には絶縁膜４５が配置されており、この絶縁膜４５によってこれらが電気的に絶縁されている。
ベース基板４１は、シリコン基板である。また、端子４３および貫通電極４４は、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、金、銅等、またはこれらのうちの２種以上を組み合わせて構成されていてもよい。絶縁膜４５は、酸化シリコン、または、タングステン、銅等で構成されていてもよい。このような材料を選択することにより、半導体プロセスを用いてベース４を形成することができる。ただし、ベース基板４１としては、特に限定されず、例えば、一対のシリコン基板の間にシリコン酸化膜を挿入してなるＳＯＩ（Silicon on Insulator)基板を用いてもよい。これにより、第１集積回路４２の高速化および低消費電力化を図ることができる。また、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。また、端子４３、貫通電極４４および絶縁膜４５の構成材料としても、これら各部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、第１集積回路４２は、例えば、図２に示すように、上面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、ダイオード、抵抗、コンデンサ等の複数の回路素子４２１と、上面４１２に積層されている絶縁膜４２２と、絶縁膜４２２上に積層されている配線４２３と、配線４２３を覆って絶縁膜４２２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を覆って絶縁膜４２４上に積層されている絶縁膜４２６と、絶縁膜４２６上に積層されているパッシベーション膜４２７と、パッシベーション膜４２７上に積層され、配線４２５と電気的に接続されている複数の端子４２８と、を有する。ただし、第１集積回路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。
このように、第１集積回路４２は、上面４１２にだけ配置されており、下面４１１には配置されていない。下面４１１および上面４１２のいずれか一方の面側にだけ第１集積回路４２を配置することにより、例えば、両面側に第１集積回路４２を配置する場合と比べて、ベース４の構成およびその形成が容易となる。特に、本実施形態では、第１集積回路４２が上面４１２側に配置されている。そのため、第１集積回路４２の振動デバイス１の外部への露出が抑制され、第１集積回路４２を、水分、接触、埃等から保護することができる。
また、図１に示すように、第１集積回路４２上には、第１集積回路４２と電気的に接続されている温度検出素子９が配置されており、この温度検出素子９によって振動素子５の温度を検出することができる。温度検出素子９としては、特に限定されないが、例えば、サーミスタ素子、特に薄膜サーミスタ素子を用いることができる。なお、本実施形態では、振動デバイス１の厚さ方向からの平面視で、温度検出素子９が振動素子５と重なって配置されている。そのため、温度検出素子９を振動素子５の近傍に配置することができ、その分、温度検出素子９によって振動素子５の温度をより精度よく検出することができる。ただし、温度検出素子９の配置は、特に限定されない。
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側に配置されている第２集積回路３２と、下面３１１に配置されている複数の端子３３と、ベース基板３１を厚さ方向に貫通し、各端子３３と第２集積回路３２とを電気的に接続している複数の貫通電極３４と、を有する。なお、各端子３３および各貫通電極３４とベース基板３１との間には絶縁膜３５が配置されており、この絶縁膜３５によってこれらが電気的に絶縁されている。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との間に空間Ｓが形成されている。そして、この空間Ｓ内に振動素子５が収納されている。
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、絶縁膜３５は、酸化シリコンで構成されている。このような材料を選択することにより、半導体プロセスを用いてリッド３を形成することができる。ただし、ベース基板３１としては、特に限定されず、例えば、一対のシリコン基板の間にシリコン酸化膜を挿入してなるＳＯＩ基板を用いてもよい。これにより、第２集積回路３２の高速化および低消費電力化を図ることができる。また、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。また、端子３３、貫通電極３４および絶縁膜３５の構成材料としても、これら各部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、第２集積回路３２は、例えば、図３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、ダイオード、抵抗、コンデンサ等の複数の回路素子３２１と、上面３１２に積層されている絶縁膜３２２と、絶縁膜３２２上に積層されている配線３２３と、配線３２３を覆って絶縁膜３２２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を覆って絶縁膜３２４上に積層されている絶縁膜３２６と、絶縁膜３２６上に積層されているパッシベーション膜３２７と、パッシベーション膜３２７上に積層され、配線３２５と電気的に接続されている複数の端子３２８と、を有する。ただし、第２集積回路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。
このように、第２集積回路３２は、上面３１２にだけ配置されており、下面３１１には配置されていない。上面３１２にだけ第２集積回路３２を配置することにより、両面側に第２集積回路３２を配置する場合と比べて、リッド３の構成およびその形成が容易となる。特に、本実施形態では、下面３１１に開口する凹部３１３が形成されているため、下面３１１に第２集積回路３２を形成するスペースがあまり残されていない。また、凹部３１３の底面への第２集積回路３２の形成は、比較的困難でもある。さらに、第２集積回路３２が上面３１２にだけ配置されていると、リッド３に貫通電極３４を形成し易くなる。具体的には、まず、下面３１１側からボッシュ・プロセス等を用いてリッド３を貫通するビアを形成し、このビアに金属材料を充填することにより貫通電極３４を形成することができる。このような方法によれば、第２集積回路３２の裏側からベース基板３１にアタックすることができるため、貫通電極３４の形成時に第２集積回路３２がダメージを受けるのを効果的に抑制することができる。そのため、リッド３に貫通電極３４を形成し易くなる。
このようなリッド３は、その下面３１１において接合部材６を介してベース基板４１の上面４１２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リッド３とベース基板４１とが接合されている。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。ここで、リッド３とベース４とが接合されている状態では、ベース４に配置されている複数の端子４２８のうちのいくつかは、リッド３に配置されている端子３３と接触している。これにより、第１集積回路４２と第２集積回路３２とが端子３３および貫通電極３４を介して電気的に接続される。このように、リッド３内に配置されている貫通電極３４を用いることにより、第１集積回路４２と第２集積回路３２との電気的な接続が容易となる。また、例えば、第１集積回路４２と第２集積回路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。
前述したように、リッド３とベース４との間には、振動素子５を収納する空間Ｓが形成される。この空間Ｓは、気密であり、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。
次に、振動素子５について説明する。振動素子５は、図４に示すように、振動基板５１と、振動基板５１の表面に配置された電極５２と、を有する。振動基板５１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おり、優れた温度特性を有する振動素子５となる。
電極５２は、振動基板５１の上面に配置されている励振電極５２１と、下面に振動基板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５２は、振動基板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。
なお、振動素子５の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動素子５は、励振電極５２１、５２２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５１の周囲を研削して角部を面取りするベベル加工や、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５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、２つの振動腕が面内方向に音叉振動する音叉型の振動素子であってもよい。すなわち、振動基板５１は、ＡＴカット水晶基板に限定されず、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カット水晶基板等であってもよい。また、本実施形態では、振動基板５１が水晶で構成されているが、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で構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。
このような振動素子５は、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２によってベース４に固定されている。また、第１集積回路４２が有する複数の端子４２８には、振動素子５との電気的な接続を行うための端子４２８ａ、４２８ｂが含まれており、導電性接合部材Ｂ１は、振動素子５をベース４に固定すると共に、端子５２３と端子４２８ａとを電気的に接続し、導電性接合部材Ｂ２は、振動素子５をベース４に固定すると共に、端子５２４と端子４２８ｂとを電気的に接続している。これにより、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２を介して振動素子５と第１集積回路４２とが電気的に接続される。
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、振動素子５に応力が生じ難くなる。
次に、第１集積回路４２および第２集積回路３２の機能について説明する。前述したように、第１集積回路４２は、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２を介して振動素子５と電気的に接続されており、第２集積回路３２は、端子４３および貫通電極４４を介して第１集積回路４２と電気的に接続されている。
図５に示すように、これら第１集積回路４２および第２集積回路３２のうち、第１集積回路４２は、振動素子５を発振する発振回路４２Ａと、温度検出素子９が出力するアナログ信号（温度情報）をデジタル信号化するＡ／Ｄコンバーター４２Ｂと、Ａ／Ｄコンバーター４２Ｂが出力するデジタル信号が入力される温度補償回路４２Ｃと、を備える。そして、温度補償回路４２Ｃは、Ａ／Ｄコンバーター４２Ｂが出力するデジタル信号に基づいて周波数制御信号を生成し、発振回路４２Ａに出力する。発振回路４２Ａは、この周波数制御信号に基づいて温度補償周波数信号を生成して出力する。温度補償回路４２Ｃを有することにより、温度変化に伴う周波数変動が抑制され、優れた周波数温度特性を有する振動デバイス１となる。
一方、第２集積回路３２は、発振回路４２Ａから出力された発振信号、本実施形態では前述した温度補償周波数信号を処理する処理回路３２Ａを備える。処理回路３２Ａとしては、特に限定されず、例えば、温度補償周波数信号を逓倍する逓倍回路、温度補償周波数信号を分周する分周回路、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路等が挙げられる。なお、ＰＬＬ回路は、入力信号と出力信号の位相を同期させる位相同期回路であり、例えば、位相比較器、ループフィルタ、ＶＣＯ（電圧制御発振器）、帰還ループ内に配置されている分周器から構成されている。
このような構成によれば、振動デバイス１内で温度補償周波数信号の処理を済ませることができるため、利便性の高い振動デバイス１となる。また、第１集積回路４２および第２集積回路３２のうち、振動素子５と直接接続されている第１集積回路４２に発振回路４２Ａを設けることにより、振動素子５と発振回路４２Ａとの間の配線長が短くなり、発振回路４２Ａから出力される温度補償周波数信号にノイズが乗り難くなる。また、処理回路３２Ａを第２集積回路３２に設けることにより、発振回路４２Ａと処理回路３２Ａとを振動デバイス１内においてなるべく離間して配置することができる。そのため、例えば、発振回路４２Ａが処理回路３２Ａの影響を受け難くなり、その分、発振回路４２Ａから出力される温度補償周波数信号にノイズが乗り難くなる。このように、振動デバイス１によれば、より精度の高い温度補償周波数信号を生成して出力することができる。
なお、本実施形態では、第１集積回路４２および第２集積回路３２が振動デバイス１内で電気的に接続されているが、これに限定されず、例えば、振動デバイス１外で互いに電気的に接続されていてもよい。例えば、振動デバイス１が搭載される回路基板上で第１集積回路４２および第２集積回路３２が電気的に接続されていてもよい。また、第１集積回路４２および第２集積回路３２は、振動デバイス１の内外のいずれにおいても電気的に接続されず、それぞれ、独立した回路となっていてもよい。また、第１集積回路４２および第２集積回路３２の機能は、それぞれ、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面である下面４１１および下面４１１の反対側に位置する第２面である上面４１２と、下面４１１および上面４１２の少なくとも一方、本実施形態では上面４１２に配置されている第１集積回路４２と、を有する第１基板としてのベース４と、上面４１２と接合されている第３面である下面３１１と、下面３１１の反対側に位置する第４面である上面３１２と、下面３１１に開口する凹部３１３と、上面３１２に配置されている第２集積回路３２と、を有する第２基板としてのリッド３と、凹部３１３の開口がベース４により塞がれることにより画成されている空間Ｓ内に収納されている振動素子５と、を有する。
このような構成によれば、ベース４およびリッド３すなわち２枚の基板の積層体から振動素子５を収納する空間Ｓを形成している。そのため、前述した従来技術のように３枚の基板から振動素子５を収納する空間Ｓを形成している構成と比べて、振動デバイス１の小型化、特に薄型化を図ることができる。また、ベース４に第１集積回路４２を配置し、リッド３に第２集積回路３２を配置しているため、振動デバイス１内において回路形成領域を十分に広く確保することができる。そのため、回路設計の自由度が増し、優れた特性を有する回路を形成することができる。
また、前述したように、振動素子５は、ベース４に固定されている。これにより、振動素子５が空間Ｓの適切な位置に配置されるように固定し易くなる。具体的には、振動素子５を固定する部分として、本実施形態のような上面４１２の他に、凹部３１３の底面が考えられる。しかしながら、凹部３１３の底面の周囲には、当該底面から立設する壁部（凹部の側面）があるため、当該壁部によって凹部３１３の底面への振動素子５の固定が阻害されるおそれがある。これに対して上面４１２は、略平坦な面であり周囲に壁部も存在しないため、振動素子５の固定が阻害されることがない。そのため、振動素子５の固定が容易となる。
また、前述したように、第１集積回路４２は、振動素子５を発振させる発振回路４２Ａを含み、第２集積回路３２は、発振回路４２Ａから出力される発振信号を処理する処理回路３２Ａを含む。このような構成によれば、振動デバイス１内で温度補償周波数信号の処理を済ませることができるため、利便性の高い振動デバイス１となる。また、振動素子５と直接接続されている第１集積回路４２に発振回路４２Ａを設けることにより、振動素子５と発振回路４２Ａとの間の配線長が短くなり、発振回路４２Ａから出力される温度補償周波数信号にノイズが乗り難くなる。また、処理回路３２Ａを第２集積回路３２に設けることにより、発振回路４２Ａと処理回路３２Ａとを振動デバイス１内においてなるべく離間して配置することができる。そのため、例えば、発振回路４２Ａが処理回路３２Ａの影響を受け難くなり、その分、発振回路４２Ａから出力される温度補償周波数信号にノイズが乗り難くなる。
また、前述したように、振動デバイス１は、振動素子５の温度を検出する温度検出素子９を有する。そして、第１集積回路４２および第２集積回路３２の一方、本実施形態では第１集積回路４２は、温度検出素子９の検出結果に基づいて発振信号の温度補償を行う温度補償回路４２Ｃを含んでいる。これにより、温度変化に伴う周波数変動が抑制され、優れた周波数温度特性を有する振動デバイス１となる。
また、前述したように、リッド３は、第１集積回路４２と第２集積回路３２とを電気的に接続する貫通電極３４を有する。このように、リッド３内に貫通電極３４を配置することにより、第１集積回路４２と第２集積回路３２との電気的な接続が容易となる。また、例えば、第１集積回路４２と第２集積回路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の下面３１１には、集積回路が配置されていない。これにより、リッド３に貫通電極３４を形成し易くなる。
また、前述したように、第１集積回路４２は、下面４１１および上面４１２のいずれか一方、本実施形態では上面４１２側に配置されている。これにより、下面４１１および上面４１２の両面に第１集積回路４２を配置する場合と比べて、ベース４の構成およびその形成が容易となる。特に、本実施形態では、第１集積回路４２が上面４１２側に配置されている。そのため、第１集積回路４２の振動デバイス１の外部への露出が抑制され、第１集積回路４２を、水分、接触、埃等から保護することができる。
＜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。
本実施形態に係る振動デバイス１は、温度検出素子９の配置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、凹部３１３の底面に温度検出素子９が配置されており、温度検出素子９は、ベース基板３１に配置されている貫通電極３４を介して第２集積回路３２と電気的に接続されている。なお、温度検出素子９の検出結果を用いる温度補償回路４２Ｃは、前述した第１実施形態と同様に第１集積回路４２に配置されていてもよいし、それとは異なり、第２集積回路３２に配置されていてもよい。
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７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７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、第１集積回路４２の配置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７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７に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、第１集積回路４２が、ベース基板４１の上面４１２側と下面４１１側とに配置されている。つまり、第１集積回路４２は、ベース基板４１の両面側に配置されている。そのため、第１集積回路４２をベース４の片面側にだけ配置する場合と比べて、第１集積回路４２の面積が大きくなり、その分、第１集積回路４２の設計自由度が高まる。なお、上面４１２側の第１集積回路４２と下面４１１側の第１集積回路４２とは、貫通電極４４によって電気的に接続されており、下面４１１側の第１集積回路４２が備える端子４２８が端子４３を兼ねている。
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８は、第４実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
図８は、第４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、第１集積回路４２の配置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８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４１の下面４１１側に第１集積回路４２が配置されている。つまり、ベース基板４１の上面４１２側には第１集積回路４２が配置されていない。言い換えると、本実施形態のベース４は、前述した第１実施形態のベース４と上下逆転させた姿勢となっている。そのため、ベース基板４１の上面４１２に複数の端子４３が設けられている。そして、第１集積回路４２は、ある貫通電極４４および端子４３を介して振動素子５と電気的に接続されると共に、別の貫通電極４４および端子４３を介して第２集積回路３２と電気的に接続されている。また、図示しないが、上面４１２側に配置されている温度検出素子９も、貫通電極４４を介して第１集積回路４２と電気的に接続されている。
このように、下面４１１側に第１集積回路４２を配置することにより、例えば、前述した第１実施形態のように上面４１２側に第１集積回路４２を配置する構成と比べて、第１集積回路４２の形成可能領域が広くなる。そのため、第１集積回路４２の設計自由度が高まる。これは、上面４１２側に第１集積回路４２を配置する場合、リッド３との接合部分には第１集積回路４２を形成することができないか、できても好ましくないため、その分、第１集積回路４２の形成可能領域が小さくなる。これに対して、下面４１１側に第１集積回路４２を配置する場合は、上述のような問題が生じず、下面４１１側の全域が第１集積回路４２の形成可能領域となるためである。
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。
＜第５実施形態＞
図９は、第５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５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およびリッド３の構成が異なること以外は、前述した第４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５実施形態の振動デバイス１に関し、前述した第４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、リッド３から凹部３１３が省略され、その代わりに、ベース４が上面４１２に開口する凹部４１３を有する。そして、凹部４１３の底面に振動素子５が固定されている。本実施形態においては、リッド３が第１基板に相当し、ベース４が第２基板に相当する。ベース４が凹部４１３を有するので、リッド３の第２集積回路３２は、上面３１２および下面３１１の少なくとも一方に配置される。ベース４の第１集積回路４２は、下面４１１に配置され、上面４１３には配置されない。
以上のような第５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６実施形態＞
図１０は、第６実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。図１１は、ダイアフラムの表面を示す平面図である。図１２は、ブリッジ回路を示す回路図である。図１３は、図１０に示す振動デバイスの変形例を示す断面図である。
図１０は、第６実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。図１１は、ダイアフラムの表面を示す平面図である。図１２は、ブリッジ回路を示す回路図である。図１３は、図１０に示す振動デバイスの変形例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、さらに、圧力検出部８を有すること以外は、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６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、空間Ｓ内の圧力を検出する圧力検出部８がリッド３に配置されている。このように、圧力検出部８を配置することにより、空間Ｓの気密状態が維持されているかを確認することができ、維持されていなければ故障と判断することもできる。そのため、より信頼性の高い振動デバイス１となる。
圧力検出部８は、受圧によって撓み変形するダイアフラム８２を有する。ベース基板３１には凹部３１３の底面に開口する凹部３１４が配置され、凹部３１４の底部であって周囲に対して薄くなっている部分でダイアフラム８２が構成されている。また、図１１に示すように、ダイアフラム８２には、ダイアフラム８２に作用する圧力すなわち空間Ｓ内の圧力と外部圧力との差圧を検出するセンサー部８３が配置されている。
センサー部８３は、ダイアフラム８２に設けられた４つのピエゾ抵抗素子８３１、８３２、８３３、８３４を有する。これらピエゾ抵抗素子８３１、８３２、８３３、８３４は、配線８３５を介して互いに電気的に接続され、図１２に示すブリッジ回路８３０（ホイートストンブリッジ回路）を構成する。このようなブリッジ回路８３０は、ダイアフラム８２の撓みに基づくピエゾ抵抗素子８３１、８３２、８３３、８３４の抵抗値変化に応じた検出信号を出力する。そのため、この検出信号に基づいてダイアフラム８２に作用する差圧を検出することができる。このように、本実施形態の圧力検出部８は、「空間Ｓ内の圧力」を「空間Ｓ内の圧力と外部圧力との差圧」として検出する。
ブリッジ回路８３０には駆動電圧ＡＶＤＣを印加する駆動回路８４と、検出信号からダイアフラム８２に作用する差圧を検出する検出回路８５と、が接続されており、これらブリッジ回路８３０、駆動回路８４および検出回路８５は、それぞれ、第２集積回路３２に配置されている。
ただし、圧力検出部８の構成は、特に限定されない。例えば、圧力検出部８は、ベース４に配置されていてもよいし、リッド３とベース４の両方に配置されていてもよい。また、例えば、図１３に示すように、第２集積回路３２の絶縁膜３２２、３２４や配線３２３、３２５を利用して、ダイアフラム８２と重なる位置に圧力が一定である圧力基準室８９を形成し、この圧力基準室８９内の圧力と空間Ｓ内の圧力との差圧を検出する構成となっていてもよい。このような構成によれば、圧力検出部８が絶対圧センサーとして機能するため、空間Ｓ内の圧力をより精度よく検出することができる。
以上のように、ベース４およびリッド３の少なくとも一方、本実施形態ではリッド３には、空間Ｓ内の圧力を検出する圧力検出部８が配置されている。このように、圧力検出部８を配置することにより、空間Ｓの気密状態が維持されているかを確認することができ、維持されていなければ故障と判断することもできる。そのため、より信頼性の高い振動デバイス１となる。
以上のような第６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７実施形態＞
図１４は、第７実施形態のスマートフォンを示す斜視図である。
図１４は、第７実施形態のスマートフォンを示す斜視図である。
図１４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。
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、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（Point of Sales）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８実施形態＞
図１５は、第８実施形態の自動車を示す斜視図である。
図１５は、第８実施形態の自動車を示す斜視図である。
図１５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。
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、３１４…凹部、３２…第２集積回路、３２Ａ…処理回路、３２１…回路素子、３２２…絶縁膜、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…端子、３３…端子、３４…貫通電極、３５…絶縁膜、４…ベース、４１…ベース基板、４１１…下面、４１２…上面、４１３…凹部、４２…第１集積回路、４２Ａ…発振回路、４２Ｂ…Ａ／Ｄコンバーター、４２Ｃ…温度補償回路、４２１…回路素子、４２２…絶縁膜、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、４２８ａ、４２８ｂ…端子、４３…端子、４４…貫通電極、４５…絶縁膜、５…振動素子、５１…振動基板、５２…電極、５２１、５２２…励振電極、５２３、５２４…端子、５２５、５２６…配線、６…接合部材、８…圧力検出部、８２…ダイアフラム、８３…センサー部、８３０…ブリッジ回路、８３１、８３２、８３３、８３４…ピエゾ抵抗素子、８３５…配線、８４…駆動回路、８５…検出回路、８９…圧力基準室、９…温度検出素子、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 (8)
- 第１面および前記第１面の反対側に位置する第２面と、前記第１面に配置されている第１集積回路と、を有する第１基板と、
前記第２面と接合されている第３面と、前記第３面の反対側に位置する第４面と、前記第３面に開口する凹部と、前記第４面に配置されている第２集積回路と、を有する第２基板と、
前記凹部の開口が前記第１基板により塞がれることにより画成されている空間内に収納されている振動素子と、を有し、
前記第２面および前記第３面には、集積回路が配置されていないことを特徴とする振動デバイス。 - 前記振動素子は、前記第１基板に固定されている請求項１に記載の振動デバイス。
- 前記第１集積回路は、前記振動素子を発振させる発振回路を含み、
前記第２集積回路は、前記発振回路から出力される発振信号を処理する処理回路を含む請求項２に記載の振動デバイス。 - 前記振動素子の温度を検出する温度検出素子を有し、
前記第１集積回路および前記第２集積回路の一方は、前記温度検出素子の検出結果に基づいて前記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に記載の振動デバイス。 - 前記第２基板は、前記第１集積回路と前記第２集積回路とを電気的に接続する貫通電極を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動デバイス。
- 前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方には、前記空間内の圧力を検出する圧力検出部が配置されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動デバイス。
- 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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