JP7419877B2 - 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。
特許文献１に記載された圧電発振器は、シリコン第１基板と、シリコン第１基板の表面側に形成された回路およびこの回路と接続される外部電極と、シリコン第１基板の裏面に搭載された振動素子と、振動素子を覆うようにシリコン第１基板の裏面に接合されたシリコン第２基板と、を有する。また、シリコン第１基板には、その裏面と表面とを貫通し、回路と電気的に接続された貫通電極と、貫通電極と振動素子とを電気的に接続するマウント電極または配線抵抗部と、が形成されている。
特許文献１の圧電発振器のような構成は、小型化に適する。しかしながら、特許文献１の圧電発振器のような構成において、回路に発振回路とフラクショナルＮ－ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路とが含まれている場合、振動素子と発振回路とを電気的に接続する配線と、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路とフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路からの信号を出力する出力端子とを電気的に接続する配線と、が近接する程、これらの間の磁気的結合が強くなり、整数境界スプリアスの影響による位相ノイズや位相ジッターが悪化するという問題がある。
本適用例にかかる振動デバイスは、振動片と、
前記振動片が配置される第１面および前記第１面とは反対側に位置する第２面を有する半導体基板と、
前記第２面に配置されるフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路と、
前記第１面に配置され、前記振動片と前記フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路とを電気的に接続する配線と、
前記半導体基板の前記第２面側に配置され、前記フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路と電気的に接続され、前記フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路からの信号を出力する出力端子と、を有し、
前記半導体基板の厚さ方向に沿った平面視で、前記出力端子は、前記配線と重ならない。
前記振動片が配置される第１面および前記第１面とは反対側に位置する第２面を有する半導体基板と、
前記第２面に配置されるフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路と、
前記第１面に配置され、前記振動片と前記フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路とを電気的に接続する配線と、
前記半導体基板の前記第２面側に配置され、前記フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路と電気的に接続され、前記フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路からの信号を出力する出力端子と、を有し、
前記半導体基板の厚さ方向に沿った平面視で、前記出力端子は、前記配線と重ならない。
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。
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。
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。
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。
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の振動デバイスが有する回路を示すブロック図である。図３は、図１の振動デバイスが有する振動片を示す平面図である。図４は、図１の振動デバイスが有する半導体回路基板を示す平面図である。図５は、図１の振動デバイスの変形例を示す断面図である。なお、説明の便宜上、各図には、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として図示する。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、半導体基板５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。また、図１は、図４中のＡ－Ａ線断面図である。
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の振動デバイスが有する回路を示すブロック図である。図３は、図１の振動デバイスが有する振動片を示す平面図である。図４は、図１の振動デバイスが有する半導体回路基板を示す平面図である。図５は、図１の振動デバイスの変形例を示す断面図である。なお、説明の便宜上、各図には、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として図示する。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、半導体基板５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。また、図１は、図４中のＡ－Ａ線断面図である。
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、後述するように、各種の電子機器または移動体等に内蔵することができる。ただし、振動デバイス１は、発振器以外の機器、例えば、加速度センサー、角速度センサー等の各種センサーとして用いられてもよい。
このような振動デバイス１は、図１に示すように、内部に収容空間Ｓを有するパッケージ２と、収容空間Ｓに収容された振動片９と、を有する。また、パッケージ２は、基板としての半導体回路基板４と、半導体回路基板４に接合されたリッド３と、を有する。
［半導体回路基板４］
図１に示すように、半導体回路基板４は、半導体基板５と、半導体基板５に設けられた回路６と、を有する。また、半導体基板５は、シリコン基板である。また、半導体基板５は、Ｐ型導電性を有するＰ型シリコン基板であり、基板電位がグランドとなる。ただし、半導体基板５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各種半導体基板であってもよい。また、半導体基板５は、Ｎ型導電性を有するＮ型シリコン基板であってもよい。
図１に示すように、半導体回路基板４は、半導体基板５と、半導体基板５に設けられた回路６と、を有する。また、半導体基板５は、シリコン基板である。また、半導体基板５は、Ｐ型導電性を有するＰ型シリコン基板であり、基板電位がグランドとなる。ただし、半導体基板５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各種半導体基板であってもよい。また、半導体基板５は、Ｎ型導電性を有するＮ型シリコン基板であってもよい。
半導体基板５は、第１面としての上面５１と、上面５１の反対側に位置する第２面としての下面５２と、を有する板状をなす。また、半導体基板５は、その表面に絶縁膜５０が形成されている。絶縁膜５０は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成され、例えば、半導体基板５の表面を熱酸化することにより形成される。また、半導体基板５の下面５２には振動片９と電気的に接続された回路６が設けられている。半導体基板５に回路６を設けることにより、半導体基板５のスペースを有効活用することができる。
半導体基板５の下面５２には、絶縁層６１、配線層６２、絶縁層６３、パッシベーション膜６４および端子層６５が積層された積層体６０が設けられている。そして、配線層６２に含まれる配線を介して、下面５２に形成された図示しない複数の能動素子が電気的に接続されて回路６が構成される。つまり、回路６は、半導体基板５と一体的に形成されている。また、端子層６５には、複数の端子６５１が形成され、これら複数の端子６５１には、電源に接続される電源端子、グランドに接続されるグランド端子、回路６から信号が出力される端子等が含まれている。特に、以下では、回路６からの信号が出力される端子を出力端子６５１Ａとも言う。なお、絶縁層６１、６３は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成されており、配線層６２および端子層６５は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、導電性のポリシリコン、タングステン（Ｗ）等の導電性材料で構成されている。ただし、これら各部の構成材料は、特に限定されない。
なお、図示の構成では、積層体６０に１つの配線層６２が含まれているが、これに限定されず、複数の配線層６２が絶縁層６３を介して積層されていてもよい。つまり、絶縁層６１とパッシベーション膜６４との間に、配線層６２と絶縁層６３とが交互に複数回積層されていてもよい。
また、図２に示すように、回路６には、振動片９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６６と、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７と、出力回路６８と、が含まれる。発振回路６６は、振動片９から出力される信号を増幅して振動片９にフィードバックさせることにより、振動片９を発振させるための回路である。なお振動片９と発振回路６６とで構成される回路は、例えば、ピアース発振回路、インバーター型発振回路、コルピッツ発振回路、ハートレー発振回路等を用いることができる。
フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７（分数分周ＰＬＬ回路）は、整数の分周比を切り替えて平均的に分数（小数）の分周比とすることにより、分数の分周比を設定可能なＰＬＬ回路である。これにより、任意の周波数の信号を出力することが可能になる。そして、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７から出力された信号は、出力回路６８を経て出力端子６５１Ａから出力される。
特に、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７によれば、次のような効果を発揮することもできる。一般的な発振器では、振動片をパッケージに収容した後に、レーザー照射によって振動片の電極の一部を除去して振動片の周波数調整を行う。しかしながら、振動デバイス１では、リッド３がシリコンで構成されており、振動片９をパッケージ２に収容した後では、振動片９にレーザーを照射することが困難で、振動片９の周波数調整が困難な場合がある。このような場合でも、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７を有していれば、当該回路から任意の周波数の信号を出力することが可能となる。
なお、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７は、発振回路６６から出力される基準周波数信号が入力される位相比較器６７１と、チャージポンプ回路６７５と、ローパスフィルター６７２と、ローパスフィルター６７２からの直流信号が入力される電圧制御型発振器６７３と、電圧制御型発振器６７３から出力される周波数信号が入力される分周器６７４と、を有し、分周器６７４で分周された周波数信号は、位相比較器６７１に入力される。位相比較器６７１では、基準周波数信号と分周された周波数信号との間の位相差を検出し、検出結果をパルス電圧としてチャージポンプ回路６７５へ出力する。チャージポンプ回路６７５は、位相比較器５７１が出力するパルス電圧を電流に変換し、ローパスフィルター６７２に出力する。ローパスフィルター６７２では、チャージポンプ回路６７５からの出力信号から高周波成分を除去し、電圧に変換して、電圧制御型発振器６７３を制御する直流信号として出力する。分周器６７４は、整数の分周比を切り替えることによって時間平均的に分数の分周比とすることにより、分数分周を実現可能である。なお、電圧制御型発振器６７３は、インダクター６７３Ａとコンデンサー６７３Ｂとを備えるＬＣ発振回路を用いている。
また、図１に示すように、半導体基板５には、半導体基板５を厚さ方向に貫通する一対の貫通孔５３、５４が形成されている。これら貫通孔５３、５４内には導電性材料が充填され、これにより、貫通電極５３０、５４０が形成されている。また、図１、図３および図４に示すように、半導体基板５の上面５１には、振動片９と電気的に接続された一対の配線７３、７４が設けられている。そして、配線７３は、貫通電極５３０を介して回路６と電気的に接続され、配線７４は、貫通電極５４０を介して回路６と電気的に接続されている。
また、図１、図３および図４に示すように、半導体基板５の上面５１には、リッド３との接合に用いられる金属層としての接合層７５が設けられている。また、接合層７５は、半導体基板５の外縁に沿って設けられ、リッド３との接合に用いられる枠状の接合領域Ｑ１と、接合領域Ｑ１の内側に位置し、収容空間Ｓ内に臨む非接合領域Ｑ２と、を有する。このような接合層７５は、配線７３、７４と絶縁されており、非接合領域Ｑ２は、配線７３、７４と非接触な限りで、上面５１のなるべく広範囲にわたって設けられている。
また、図１に示すように、接合領域Ｑ１と重なる部分においては、上面５１から絶縁膜５０が除去されており、接合層７５が半導体基板５のシリコン基板部分と電気的に接続されている。これにより、接合層７５は、半導体基板５と同じくグランドに接続される。そのため、接合層７５、特に、非接合領域Ｑ２を振動デバイス１内の各部間の磁気的結合を抑制するシールド層として機能させることができる。この効果については後述する。
また、接合層７５は、配線７３、７４と同じ工程によって一括して形成されている。具体的には、例えば、スパッタリングによって半導体基板５の上面５１に金属膜を成膜し、この金属膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることにより、配線７３、７４と接合層７５とを一括して形成することができる。これにより、半導体回路基板４の形成が容易となる。なお、配線７３、７４および接合層７５の構成としては、特に限定されないが、例えば、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、チタン／タングステン合金等で構成された下地層と、金（Ａｕ）で構成された被覆層との積層体で構成することができる。これにより、半導体基板５との密着性および電気導電性に優れた配線７３、７４および接合層７５となる。
なお、接合層７５の構成としては、特に限定されず、非接合領域Ｑ２を省略してもよい。また、接合領域Ｑ１と非接合領域Ｑ２とが別体で形成されていてもよい。
このような構成の半導体回路基板４は、半導体基板５の上面５１側に配線７３、７４を設け、下面５２側に出力端子６５１Ａを設けている。そのため、配線７３、７４と出力端子６５１Ａとを半導体回路基板４上においてなるべく離間させることができ、これらの電磁的結合を効果的に抑制することができる。そのため、整数境界スプリアスの影響を受け難く、回路６において位相ノイズや位相ジッターを効果的に抑制することができる。特に、本実施形態では、半導体基板５は、Ｐ型シリコン基板で構成され、グランド端子と電気的に接続される。これにより、半導体基板５は、振動デバイス１の駆動時にはグランドに接続される。そのため、配線７３、７４と出力端子６５１Ａの間に位置する半導体基板５がシールド層として機能し、配線７３、７４と出力端子６５１Ａの電磁的結合をより効果的に抑制することができる。
また、平面視で、配線７３、７４と出力端子６５１Ａとが重ならないように設けられている。これにより、配線７３、７４と出力端子６５１Ａとを半導体回路基板４上においてなるべく離間させることができ、これらの電磁的結合をより効果的に抑制することができる。そのため、整数境界スプリアスの影響を受け難く、回路６において位相ノイズや位相ジッターをより効果的に抑制することができる。特に、本実施形態では、半導体基板５に回路６を設けているため、回路として振動片９が配置される基板とは別体のＩＣ（Integrated Circuit）を用いる場合よりも、振動片９と回路６との電気的な経路を短くすることができ、出力端子６５１Ａの配線長を短くすることもできる。そのため、配線７３、７４と出力端子６５１Ａとの電磁的結合をより効果的に抑制することができる。
また、平面視で、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７に含まれるインダクター６７３Ａと配線７３、７４とが重ならないように構成されている。これにより、配線７３、７４とインダクター６７３Ａとを半導体回路基板４上においてなるべく離間させることができ、これらの電磁的結合を効果的に抑制することができる。そのため、整数境界スプリアスの影響を受け難く、回路６において位相ノイズや位相ジッターを効果的に抑制することができる。ただし、これに限定されず、平面視で、インダクター６７３Ａと配線７３、７４とが重なっていてもよい。
また、平面視で、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７に含まれるインダクター６７３Ａと出力端子６５１Ａとが重ならないように構成されている。これにより、出力端子６５１Ａとインダクター６７３Ａとを半導体回路基板４上においてなるべく離間させることができ、これらの電磁的結合を効果的に抑制することができる。そのため、整数境界スプリアスの影響を受け難く、回路６において位相ノイズや位相ジッターを効果的に抑制することができる。ただし、これに限定されず、平面視で、インダクター６７３Ａと出力端子６５１Ａとが重なっていてもよい。
また、前述したように、半導体基板５の上面５１にはグランドに接続される接合層７５が設けられている。接合層７５は、配線７３、７４に近接して配置されており、さらには、出力端子６５１Ａと振動片９との間に位置している。そのため、接合層７５により、配線７３、７４と出力端子６５１Ａとの磁気的結合および振動片９と出力端子６５１Ａとの磁気的結合を効果的に抑制することができる。なお、本実施形態では、Ｚ軸に沿った平面視で、接合層７５がインダクター６７３Ａと重なっている。そのため、これらが近接して配置され易く、渦電流が生じてインダクタンスの値が減少したり、損失（Ｑ値）が増加したりするおそれがある。
そこで、本実施形態では、回路６を半導体基板５の下面５２側に設けて、接合層７５とインダクター６７３Ａとの離間距離を十分に大きく保っている。これにより、回路６が上面５１に設けられる場合よりも渦電流の影響を小さく抑えることができる。なお、インダクター６７３Ａは、回路６が有する配線層６２内に作り込まれている。本実施形態では、配線層６２が１層であるが、前述したように、配線層６２が複数層存在する場合には、少なくとも最も下層すなわち半導体基板５側の配線層６２以外の配線層６２、好ましくは、最も表層側すなわち半導体基板５から遠位に位置する配線層６２内にインダクター６７３Ａを形成することが好ましい。これにより、インダクター６７３Ａと接合層７５との離間距離をより大きく確保することができ、上述した効果がより顕著となる。
また、半導体基板５もグランドに接続されるため接合層７５と同様に渦電流が生じてインダクタンスの値が減少したり、損失が増加したりする場合がある。そのため、半導体基板５を高抵抗シリコン基板で構成することにより、渦電流の影響を小さく抑えることができる。
［振動片９］
振動片９は、図３に示すように、振動基板９１と、振動基板９１の表面に配置された電極と、を有する。振動基板９１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するため、優れた温度特性を有する振動片９となる。また、電極は、振動基板９１の上面に配置された励振電極９２１と、下面に励振電極９２１と対向して配置された励振電極９２２と、振動基板９１の下面に配置された一対の端子９２３、９２４と、端子９２３と励振電極９２１とを電気的に接続する配線９２５と、端子９２４と励振電極９２２とを電気的に接続する配線９２６と、を有する。
振動片９は、図３に示すように、振動基板９１と、振動基板９１の表面に配置された電極と、を有する。振動基板９１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するため、優れた温度特性を有する振動片９となる。また、電極は、振動基板９１の上面に配置された励振電極９２１と、下面に励振電極９２１と対向して配置された励振電極９２２と、振動基板９１の下面に配置された一対の端子９２３、９２４と、端子９２３と励振電極９２１とを電気的に接続する配線９２５と、端子９２４と励振電極９２２とを電気的に接続する配線９２６と、を有する。
なお、振動片９の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動片９は、励振電極９２１、９２２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９１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、振動片９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振動片であってもよい。つまり、振動基板９１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。また、本実施形態では、振動基板９１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、ランガサイト、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、振動片９は、圧電駆動型の振動片に限らず、静電気力を用いた静電駆動型の振動片であってもよい。
このような振動片９は、図３に示すように、導電性の接合部材Ｂ１、Ｂ２によって一対の配線７３、７４に固定されている。また、接合部材Ｂ１は、配線７３と端子９２３とを電気的に接続し、接合部材Ｂ２は、配線７４と端子９２４とを電気的に接続する。これにより、振動片９と回路６とが電気的に接続される。
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。接合部材Ｂ１、Ｂ２として前者の金属バンプを用いると、接合部材Ｂ１、Ｂ２からのガスの発生を抑制でき、収容空間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、接合部材Ｂ１、Ｂ２として後者の導電性接着剤を用いると、接合部材Ｂ１、Ｂ２が金属バンプに比べて柔らかくなり、パッケージ２から振動片９に応力が伝わり難くなる。
［リッド３］
リッド３は、半導体基板５と同様、シリコン基板である。これにより、半導体基板５とリッド３との線膨張係数が等しくなり、熱膨張に起因する熱応力の発生が抑えられ、優れた振動特性を有する振動デバイス１となる。また、振動デバイス１を半導体プロセスによって形成することができるため、振動デバイス１を精度よく製造することができると共に、その小型化を図ることができる。ただし、リッド３としては、特に限定されず、シリコン以外の半導体基板、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。
リッド３は、半導体基板５と同様、シリコン基板である。これにより、半導体基板５とリッド３との線膨張係数が等しくなり、熱膨張に起因する熱応力の発生が抑えられ、優れた振動特性を有する振動デバイス１となる。また、振動デバイス１を半導体プロセスによって形成することができるため、振動デバイス１を精度よく製造することができると共に、その小型化を図ることができる。ただし、リッド３としては、特に限定されず、シリコン以外の半導体基板、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。
図１に示すように、リッド３は、その下面３０に開口し、内部に振動片９を収容する有底の凹部３１を有する。そして、リッド３は、その下面３０において半導体基板５の上面５１に接合されている。これにより、リッド３と半導体基板５との間に振動片９を収容する収容空間Ｓが形成される。収容空間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である。これにより、振動片９の発振特性が向上する。ただし、収容空間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。
また、図１に示すように、リッド３の下面３０には接合層３３が設けられている。そして、この接合層３３と半導体基板５の上面５１に設けられた接合層７５とを接合することにより、リッド３と半導体基板５とが接合されている。なお、本実施形態では、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半導体基板５とリッド３とが接合されている。ただし、半導体基板５とリッド３との接合方法は、特に限定されない。また、接合層３３の構成としては、特に限定されないが、接合層７５と同様の構成とすることができる。
また、リッド３は、接合層７５、３３を介して半導体基板５と電気的に接続されている。つまり、リッド３は、振動デバイス１の駆動時には半導体基板５と同電位すなわちグランドに接続される。これにより、リッド３が外乱を遮蔽するシールド層として機能し、振動片９へのノイズの混入を抑制することができる。ただし、これに限定されず、リッド３は、半導体基板５と電気的に接続されていなくてもよい。
なお、リッド３に設けられた接合層３３の構成としては、特に限定されず、例えば、図５に示すように、凹部３１の内面にも設けられていてもよい。これにより、接合層３３がリッド３と共にシールド層として機能する。
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、振動片９と、振動片９が配置される第１面としての上面５１および上面５１とは反対側に位置する第２面としての下面５２を有する半導体基板５と、下面５２に配置されるフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７と、上面５１に配置され、振動片９とフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７とを電気的に接続する配線７３、７４と、半導体基板５の下面５２側に配置され、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７と電気的に接続され、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７からの信号を出力する出力端子６５１Ａと、を有する。そして、半導体基板５の厚さ方向に沿った平面視すなわちＺ軸に沿った平面視で、出力端子６５１Ａは、配線７３、７４と重ならない。
これにより、配線７３、７４と出力端子６５１Ａとを半導体回路基板４上においてなるべく離間させることができる。そのため、配線７３、７４と出力端子６５１Ａとが平面視で重なる場合と比較して、これらの電磁的結合をより効果的に抑制することができる。したがって、整数境界スプリアスの影響を受け難く、回路６において位相ノイズや位相ジッターをより効果的に抑制することができる。
また、前述したように、振動デバイス１は、グランドに接続されるグランド端子である端子６５１を有し、半導体基板５は、このグランド端子と電気的に接続され、上面５１に配置され、半導体基板５と電気的に接続される金属層としての接合層７５を有する。これにより、接合層７５によって、配線７３、７４と出力端子６５１Ａとの磁気的結合および振動片９と出力端子６５１Ａとの磁気的結合を効果的に抑制することができる。
また、前述したように、振動デバイス１は、振動片９を覆うように、半導体基板５の上面５１に接合されるリッド３を有する。そして、リッド３は、半導体基板５と電気的に接続されている。これにより、リッド３が外乱を遮蔽するシールド層として機能し、振動片９へのノイズの混入を抑制することができる。
また、前述したように、フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路６７は、インダクター６７３Ａを備える発振器としての電圧制御型発振器６７３を有する。そして、平面視で、出力端子６５１Ａは、インダクター６７３Ａと重ならない。これにより、出力端子６５１Ａとインダクター６７３Ａとを半導体回路基板４上においてなるべく離間させることができ、これらの電磁的結合を効果的に抑制することができる。そのため、整数境界スプリアスの影響を受け難く、回路６において位相ノイズや位相ジッターを効果的に抑制することができる。
また、前述したように、平面視で、配線７３、７４は、インダクター６７３Ａと重ならない。これにより、配線７３、７４とインダクター６７３Ａとを半導体回路基板４上においてなるべく離間させることができ、これらの電磁的結合を効果的に抑制することができる。そのため、整数境界スプリアスの影響を受け難く、回路６において位相ノイズや位相ジッターを効果的に抑制することができる。
＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態のスマートフォンを示す斜視図である。
図６は、第２実施形態のスマートフォンを示す斜視図である。
図６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。なお、振動デバイス１としては、例えば、前述した第１実施形態のものを適用することができる。
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、ページャー、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 Sale）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３実施形態＞
図７は、第３実施形態の自動車を示す斜視図である。
図７は、第３実施形態の自動車を示す斜視図である。
図７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。なお、振動デバイス１としては、例えば、前述した第１実施形態のものを適用することができる。
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。
また、前述した実施形態では、振動デバイス１を発振器に適用しているが、これに限定されない。例えば、振動片９を角速度や加速度を検出可能な物理量センサー素子とすることにより、振動デバイス１を角速度センサーや加速度センサー等の各種物理量センサーに適用することができる。
また、前述した実施形態では、リッド３が凹部３１を有しているが、これに限定されない。例えば、半導体回路基板４の半導体基板５がその上面５１に開口する有底の凹部を有する構成であり、リッド３が平板状であってもよい。この場合、半導体基板５の凹部の底面に振動片９を固定すればよい。
１…振動デバイス、２…パッケージ、３…リッド、４…半導体回路基板、５…半導体基板、６…回路、９…振動片、３０…下面、３１…凹部、３３…接合層、５０…絶縁膜、５１…上面、５２…下面、５３、５４…貫通孔、６０…積層体、６１…絶縁層、６２…配線層、６３…絶縁層、６４…パッシベーション膜、６５…端子層、６６…発振回路、６７…フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路、６８…出力回路、７３…配線、７４…配線、７５…接合層、９１…振動基板、５３０、５４０…貫通電極、６５１…端子、６５１Ａ…出力端子、６７１…位相比較器、６７２…ローパスフィルター、６７３…電圧制御型発振器、６７３Ａ…インダクター、６７３Ｂ…コンデンサー、６７４…分周器、６７５…チャージポンプ回路、９２１、９２２…励振電極、９２３、９２４…端子、９２５、９２６…配線、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…接合部材、Ｑ１…接合領域、Ｑ２…非接合領域、Ｓ…収容空間
Claims (5)
- 振動片と、
前記振動片が配置される第１面および前記第１面とは反対側に位置する第２面を有する半導体基板と、
前記第２面に配置されるフラクショナルＮ－ＰＬＬ回路と、
前記第１面に配置され、前記振動片と前記フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路とを電気的に接続する配線と、
前記半導体基板の前記第２面側に配置され、前記フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路と電気的に接続され、前記フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路からの信号を出力する出力端子と、
グランドに接続されるグランド端子と、
前記第１面に配置され、前記半導体基板と電気的に接続される金属層と、を有し、
前記フラクショナルＮ－ＰＬＬ回路は、インダクターを備える発振器を有し、
前記半導体基板は、前記グランド端子と電気的に接続され、
前記半導体基板の厚さ方向に沿った平面視で、前記出力端子は、前記配線および前記インダクターと重ならず、
前記平面視で、前記金属層は、前記インダクターと重なっていることを特徴とする振動デバイス。 - 前記振動片を覆うように、前記半導体基板の前記第１面に接合されるリッドを有し、
前記リッドは、前記半導体基板と電気的に接続されている請求項１に記載の振動デバイス。 - 前記平面視で、前記配線は前記インダクターと重ならない請求項１または２に記載の振動デバイス。
- 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３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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