JP7451959B2 - 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に記載されている集積回路構造は、半導体基板と、半導体基板の前面上に配置されているトランジスター等の各種回路素子と、半導体基板を貫通している複数のスルーシリコンビアと、半導体基板の背面上に配置され、複数のスルーシリコンビアを並列に電気接続しているグランド用の再分配線と、を有する。
特開２０１１－０１４９１０号
しかしながら、特許文献１の集積回路構造では、あるスルーシリコンビアが接続されている第１回路ブロックにおいて生じたノイズが、再分配線を介して他のスルーシリコンビアが接続されている第２回路ブロックに伝達されるおそれがある。特に、第２回路ブロックにノイズの影響を受け易いアナログ回路を含む発振回路が形成されている場合、このノイズによって発振回路の位相ノイズが増大するおそれがある。
本適用例に係る振動デバイスは、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有する基板と、
前記基板の前記第１面側に配置されている振動片と、
前記第１面に配置されている第１回路ブロックと、
前記第１面に配置され、アナログ回路を含む第２回路ブロックと、
前記第２面に配置されている電源端子と、
前記第２面に配置され、前記電源端子に接続されている電源配線と、
前記基板を貫通し、前記電源配線と前記第１回路ブロックとを電気的に接続する第１貫通電極と、
前記基板を貫通し、前記電源配線と前記第２回路ブロックとを前記第１貫通電極と並列に電気的に接続する第２貫通電極と、を含み、
前記第１貫通電極の電気抵抗をＲ１、前記第２貫通電極の電気抵抗をＲ２、前記電源配線の前記第１貫通電極と前記第２貫通電電極とを接続する区間の電気抵抗をＲ４としたとき、
Ｒ１＞Ｒ４、かつ、Ｒ２＞Ｒ４の関係である。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記電源配線の構成材料は、金属材料であり、
前記第１貫通電極および前記第２貫通電極の構成材料は、導電性のポリシリコンであることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記第２回路ブロックは、前記アナログ回路として、定電圧生成回路、発振回路、制御電圧生成回路および位相同期回路の少なくとも１つを含むことが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記第１回路ブロックは、論理回路、記憶回路および出力バッファー回路の少なくとも１つを含むことが好ましい。
本適用例に係る電子機器は、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。
本適用例に係る移動体は、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。
第１実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。 基板の上面図である。 集積回路の構成を示すブロック図である。 基板の下面図である。 図４中のＡ－Ａ線断面図である。 図４中のＢ－Ｂ線断面図である。 端子と集積回路とを接続する経路の等価回路図である。 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。 第２実施形態のスマートフォンを示す斜視図である。 第３実施形態の自動車を示す斜視図である。
以下、本適用例に係る振動デバイス、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、基板の上面図である。図３は、集積回路の構成を示すブロック図である。図４は、基板の下面図である。図５は、図４中のＡ－Ａ線断面図である。図６は、図４中のＢ－Ｂ線断面図である。図７は、端子と集積回路とを接続する経路の等価回路図である。図８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。
なお、説明の便宜上、図１、図２、図４、図５、図６および図８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軸の矢印が向く側を「上」とも言い、その反対側を「下」とも言う。また、Ｚ軸に沿って見た平面視を、単に「平面視」とも言う。
図１に示す振動デバイス１は、発振器であり、特にＶＣＸＯ（電圧制御水晶発振器）である。ただし、振動デバイス１としては、特に限定されず、例えば、ＯＣＸＯ（恒温槽型水晶発振器）、ＴＣＸＯ（温度補償型水晶発振器）等、ＶＣＸＯ以外の発振器であってもよいし、発振器以外のデバイスであってもよい。このような振動デバイス１は、パッケージ３と、パッケージ３に収納されている振動片４と、を有する。
パッケージ３は、半導体基板としての基板５と、リッド６と、を有する。基板５は、シリコン基板である。ただし、基板５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、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板を用いてもよい。
また、基板５は、板状をなし、表裏関係にある第１面としての上面５ａおよび第２面としての下面５ｂを有する。上面５ａおよび下面５ｂの表面は、絶縁膜５０で覆われている。また、基板５の上面５ａ側には、振動片４が配置されている。そして、上面５ａには振動片４と電気的に接続されている集積回路７が形成されている。集積回路７は、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等の不純物をドープすることにより基板５の上面側に形成されているトランジスター等の図示しない複数の能動素子と、基板５の上面５ａに配置され、能動素子同士を電気的に接続する配線７０１を備える配線層７０と、により形成されている。なお、本明細書において、「面側に配置」「面側に位置」等という場合は、配置される物が直接面に接していてもよく、物と面との間に他の物が配置されていてもよい。
また、図１および図２に示すように、集積回路７は、デジタル回路ＤＣを含む第１回路ブロックＣＢ１と、アナログ回路ＡＣを含む第２回路ブロックＣＢ２と、デジタル回路ＤＣを含む第３回路ブロックＣＢ３と、を有する。また、これら第１、第２、第３回路ブロックＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３は、Ｚ軸方向からの平面視で互いに重ならないように離間して配置されている。特に、本実施形態では、第１、第２、第３回路ブロックＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３は、Ｘ軸方向に並んで配置されている。つまり、第１回路ブロックＣＢ１と第３回路ブロックＣＢ３との間に挟まれるように第２回路ブロックＣＢ２が配置されている。なお、集積回路７としては、第１回路ブロックＣＢ１と第２回路ブロックＣＢ２とを有していれば、特に限定されず、例えば、第３回路ブロックＣＢ３を省略してもよいし、さらに１つ以上の回路ブロックを有していてもよい。また、第１、第２、第３回路ブロックＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３の配置としては、後述する電源配線の配置が可能な限り、特に限定されない。
また、振動デバイス１は、図３に示すように、アナログ回路ＡＣとして、定電圧生成回路７Ａ、制御電圧生成回路７Ｂ、発振回路７Ｃおよび位相同期回路７Ｄ（ＰＬＬ回路）を有しており、これら回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄのうちの少なくとも１つが第２回路ブロックＣＢ２に配置されている。すなわち、第２回路ブロックＣＢ２には、回路７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの全部が配置されていてもよいし、一部が配置されていてもよい。また、振動デバイス１は、デジタル回路ＤＣとして、制御回路であるロジック回路７Ｅ、記憶回路７Ｆおよび出力バッファー回路７Ｇを有しており、これら回路７Ｅ、７Ｆ、７Ｇのうちの少なくとも１つが第１回路ブロックＣＢ１に配置され、少なくとも１つが第３回路ブロックＣＢ３に配置されている。なお、回路７Ｅ、７Ｆ、７Ｇの全部が第１回路ブロックＣＢ１に配置されていてもよい。
ここで、各回路７Ａ～７Ｇの機能について簡単に説明する。定電圧生成回路７Ａは、集積回路７で用いられる基準電圧を生成する回路である。発振回路７Ｃは、振動片４を発振させて、基準周波数信号を出力する回路である。制御電圧生成回路７Ｂは、外部制御電圧を生成し、この外部制御電圧によって発振回路７Ｃから出力される基準周波数を変化させるための回路である。位相同期回路７Ｄは、発振回路７Ｃから出力される基準周波数信号との位相誤差を検出し、その位相誤差がなくなるように閉回路を構成することで出力信号の周波数を一定とする回路である。出力バッファー回路７Ｇは、位相同期回路７Ｄから出力された周波数信号を外部に出力するための回路である。ロジック回路７Ｅは、制御回路であり、振動デバイス１全体の制御を行う回路である。記憶回路７Ｆは、各種データを記憶するための回路である。
また、図４に示すように、基板５の下面５ｂには４つの端子７６が配置されている。これら４つの端子７６は、それぞれ、集積回路７との電気的な接続を図るための接続端子として機能する。４つの端子７６のうちの１つは、電源端子としての電源電圧端子７６１であり、電源電圧端子７６１を介して集積回路７に電源電圧ＶＤＤが供給される。また、４つの端子７６のうちの１つは、電源端子としてのグランド端子７６２であり、グランド端子７６２を介して集積回路７がグランドＧＮＤに接続される。また、基板５の下面５ｂには２つの配線７７が配置されている。これら２つの配線７７のうちの一方は、電源配線としての電源電圧配線７７１であり、電源電圧端子７６１と電気的に接続されている。また、２つの配線７７のうちの他方は、電源配線としてのグランド配線７７２であり、グランド端子７６２と電気的に接続されている。なお、端子７６や配線７７の数としては、特に限定されず、集積回路７の構成に応じて適宜設定することができる。
各端子７６および各配線７７の構成材料は、金属材料である。各端子７６および各配線７７を金属材料で構成することにより、各端子７６および各配線７７の形成が容易となる。なお、金属材料としては、特に限定されず、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、タングステン（Ｗ）等の各種金属、または、これらのうちの少なくとも１種を含む合金または金属間化合物等が挙げられる。ただし、各端子７６および各配線７７の構成材料は、特に限定されず、金属材料以外の導電性材料、例えば、導電性シリコンを用いてもよい。
また、図５および図６に示すように、基板５には、基板５を厚さ方向すなわちＺ軸方向に貫通する６つの貫通電極７８が配置されている。各貫通電極７８は、例えば、基板５を厚さ方向に貫通する貫通孔７８Ａと、貫通孔７８Ａの内壁に配置されている絶縁膜５０と、貫通孔７８Ａ内に充填されている導電性材料７８Ｂと、で構成されている。導電性材料７８Ｂの構成材料は、シリコン、特に、本実施形態では導電性のポリシリコンである。導電性のポリシリコンとは、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）等の不純物をドープして導電性を付与したポリシリコンのことを言う。
このように、導電性材料７８Ｂをポリシリコンとすることにより、例えば、導電性材料７８Ｂとして金属材料を用いた場合と比べて、貫通電極７８の電気抵抗を高くすることができる。また、振動デバイス１の製造工程において加わる熱に対して十分な耐性を有する貫通電極７８となる。そのため、貫通電極７８を原因とする電気不良が生じ難くなる。また、基板５との線膨張係数差を小さくすることもできる。そのため、熱応力が生じ難く、優れた発振特性を有する振動デバイス１となる。ただし、導電性材料７８Ｂとしては、特に限定されず、例えば、タングステン（Ｗ）等の耐熱性に優れる金属材料を用いることもできる。
また、６つの貫通電極７８のうちの１つは、第１貫通電極としての第１電源電圧用貫通電極７８１である。第１電源電圧用貫通電極７８１は、Ｚ軸方向からの平面視で第１回路ブロックＣＢ１と重なって配置され、電源電圧配線７７１と第１回路ブロックＣＢ１とを電気的に接続している。そのため、電源電圧端子７６１に印加された電源電圧は、電源電圧配線７７１および第１電源電圧用貫通電極７８１を介して第１回路ブロックＣＢ１に供給される。
また、６つの貫通電極７８のうちの１つは、第２貫通電極としての第２電源電圧用貫通電極７８２である。第２電源電圧用貫通電極７８２は、Ｚ軸方向からの平面視で第２回路ブロックＣＢ２と重なって配置され、電源電圧配線７７１と第２回路ブロックＣＢ２とを電気的に接続している。そのため、電源電圧端子７６１に印加された電源電圧は、電源電圧配線７７１および第２電源電圧用貫通電極７８２を介して第２回路ブロックＣＢ２に供給される。
また、６つの貫通電極７８のうちの１つは、第３貫通電極としての第３電源電圧用貫通電極７８３である。第３電源電圧用貫通電極７８３は、Ｚ軸方向からの平面視で第３回路ブロックＣＢ３と重なって配置され、電源電圧配線７７１と第３回路ブロックＣＢ３とを電気的に接続している。そのため、電源電圧端子７６１に印加された電源電圧は、電源電圧配線７７１および第３電源電圧用貫通電極７８３を介して第３回路ブロックＣＢ３に供給される。
また、６つの貫通電極７８のうちの１つは、第１貫通電極としての第１グランド用貫通電極７８４である。第１グランド用貫通電極７８４は、Ｚ軸方向からの平面視で第１回路ブロックＣＢ１と重なって配置され、グランド配線７７２と第１回路ブロックＣＢ１とを電気的に接続している。そのため、第１回路ブロックＣＢ１は、第１グランド用貫通電極７８４、グランド配線７７２およびグランド端子７６２を介してグランドに接続される。
また、６つの貫通電極７８のうちの１つは、第２貫通電極としての第２グランド用貫通電極７８５である。第２グランド用貫通電極７８５は、Ｚ軸方向からの平面視で第２回路ブロックＣＢ２と重なって配置され、グランド配線７７２と第２回路ブロックＣＢ２とを電気的に接続している。そのため、第２回路ブロックＣＢ２は、第２グランド用貫通電極７８５、グランド配線７７２およびグランド端子７６２を介してグランドに接続される。
また、６つの貫通電極７８のうちの１つは、第３貫通電極としての第３グランド用貫通電極７８６である。第３グランド用貫通電極７８６は、Ｚ軸方向からの平面視で第３回路ブロックＣＢ３と重なって配置され、グランド配線７７２と第３回路ブロックＣＢ３とを電気的に接続している。そのため、第３回路ブロックＣＢ３は、第３グランド用貫通電極７８６、グランド配線７７２およびグランド端子７６２を介してグランドに接続される。
これら６つの貫通電極７８のうち、第１電源電圧用貫通電極７８１、第２電源電圧用貫通電極７８２および第３電源電圧用貫通電極７８３は、Ｘ軸方向に並んで配置されており、それぞれ、Ｚ軸方向からの平面視で、長手方向がＸ軸に沿っている。また、第１グランド用貫通電極７８４、第２グランド用貫通電極７８５および第３グランド用貫通電極７８６は、Ｘ軸方向に並んで配置されており、それぞれ、Ｚ軸方向からの平面視で、Ｘ軸方向に延在する長手形状となっている。このように、各貫通電極７８の平面視形状が長手方向を有することにより、急激な電流変化を抑制することができる。そのため、電流変化による電圧変化を抑制することができ、集積回路７をより安定して駆動させることができる。ただし、各貫通電極７８の配置や形状としては、特に限定されない。
ここで、図７に示すように、第１電源電圧用貫通電極７８１の電気抵抗（Ω）をＲ１Ｄ（Ｒ１）、第２電源電圧用貫通電極７８２の電気抵抗（Ω）をＲ２Ｄ（Ｒ２）、電源電圧配線７７１の第１電源電圧用貫通電極７８１と第２電源電圧用貫通電極７８２とを接続する区間Ｅ１の電気抵抗（Ω）をＲ４Ｄ（Ｒ４）としたとき、振動デバイス１は、Ｒ１Ｄ＞Ｒ４Ｄ、かつ、Ｒ２Ｄ＞Ｒ４Ｄの関係を満たしている。なお、Ｒ１Ｄは、第１電源電圧用貫通電極７８１の上端と下端との間の電気抵抗であり、Ｒ２Ｄは、第２電源電圧用貫通電極７８２の上端と下端との間の電気抵抗である。また、Ｒ４Ｄは、電源電圧配線７７１と第１電源電圧用貫通電極７８１との接続部分の中心Ｏ１Ｄと、電源電圧配線７７１と第２電源電圧用貫通電極７８２との接続部分の中心Ｏ２Ｄと、の間の電気抵抗である。
このように、第１電源電圧用貫通電極７８１および第２電源電圧用貫通電極７８２の電気抵抗Ｒ１Ｄ、Ｒ２Ｄを区間Ｅ１の電気抵抗Ｒ４Ｄに対して大きくすることにより、第１回路ブロックＣＢ１で生じるノイズ、例えば、電圧の揺らぎが、第１電源電圧用貫通電極７８１、区間Ｅ１および第２電源電圧用貫通電極７８２を介して第２回路ブロックＣＢ２に伝達され難くなる。そのため、第２回路ブロックＣＢ２に配置されているアナログ回路ＡＣが第１回路ブロックＣＢ１で生じるノイズの影響を受け難くなる。したがって、発振回路７Ｃの位相ノイズを十分に小さく抑えることができる。その結果、優れた周波数精度を有する振動デバイス１となる。
前述したように、第１、第２電源電圧用貫通電極７８１、７８２は、導電性のポリシリコンで構成され、電源電圧配線７７１は、金属材料で構成されている。そのため、Ｒ１Ｄ＞Ｒ４Ｄ、かつ、Ｒ２Ｄ＞Ｒ４Ｄの関係を容易に満たすことができる。
なお、Ｒ１Ｄ＞Ｒ４Ｄであれば、特に限定されないが、例えば、１０≦Ｒ１Ｄ／Ｒ４Ｄ≦１００であるのが好ましく、３０≦Ｒ１Ｄ／Ｒ４Ｄ≦１００であるのがより好ましく、５０≦Ｒ１Ｄ／Ｒ４Ｄ≦１００であるのがさらに好ましい。同様に、Ｒ２Ｄ＞Ｒ４Ｄであれば、特に限定されないが、例えば、１０≦Ｒ２Ｄ／Ｒ４Ｄ≦１００であるのが好ましく、３０≦Ｒ２Ｄ／Ｒ４Ｄ≦１００であるのがより好ましく、５０≦Ｒ２Ｄ／Ｒ４Ｄ≦１００であるのがさらに好ましい。これにより、Ｒ１Ｄ、Ｒ２Ｄが過度に大きくなることを抑制しつつ、Ｒ１Ｄ、Ｒ２ＤをＲ４Ｄに対して十分に大きくすることができる。そのため、上述の効果がより顕著となる。なお、Ｒ１Ｄ、Ｒ２Ｄは、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。
また、図７に示すように、第３電源電圧用貫通電極７８３の電気抵抗（Ω）をＲ３Ｄ（Ｒ３）、電源電圧配線７７１の第２電源電圧用貫通電極７８２と第３電源電圧用貫通電極７８３とを接続する区間Ｅ２の電気抵抗（Ω）をＲ５Ｄ（Ｒ５）としたとき、振動デバイス１は、Ｒ２Ｄ＞Ｒ５Ｄ、かつ、Ｒ３Ｄ＞Ｒ５Ｄの関係を満たしている。なお、Ｒ３Ｄは、第３電源電圧用貫通電極７８３の上端と下端との間の電気抵抗である。また、Ｒ５Ｄは、電源電圧配線７７１と第２電源電圧用貫通電極７８２との接続部分の中心Ｏ２Ｄと、電源電圧配線７７１と第３電源電圧用貫通電極７８３との接続部分の中心Ｏ３Ｄと、の間の電気抵抗である。
このように、第２電源電圧用貫通電極７８２および第３電源電圧用貫通電極７８３の電気抵抗Ｒ２Ｄ、Ｒ３Ｄを区間Ｅ２の電気抵抗Ｒ５Ｄに対して大きくすることにより、前述したのと同様に、第３回路ブロックＣＢ３で生じるノイズが第３電源電圧用貫通電極７８３、区間Ｅ２および第２電源電圧用貫通電極７８２を介して第２回路ブロックＣＢ２に伝達され難くなる。そのため、第２回路ブロックＣＢ２に配置されているアナログ回路ＡＣが第３回路ブロックＣＢ３で生じるノイズの影響を受け難くなる。したがって、発振回路７Ｃの位相ノイズを十分に小さく抑えることができる。また、発振回路７Ｃの波数分解能を高くすることができる。その結果、優れた周波数精度を有する振動デバイス１となる。
前述したように、第２、第３電源電圧用貫通電極７８２、７８３は、導電性のポリシリコンで構成され、電源電圧配線７７１は、金属材料で構成されている。そのため、Ｒ２Ｄ＞Ｒ５Ｄ、かつ、Ｒ３Ｄ＞Ｒ５Ｄの関係を容易に満たすことができる。
なお、Ｒ２Ｄ＞Ｒ５Ｄであれば、特に限定されないが、例えば、１０≦Ｒ２Ｄ／Ｒ５Ｄ≦１００であるのが好ましく、３０≦Ｒ２Ｄ／Ｒ５Ｄ≦１００であるのがより好ましく、５０≦Ｒ２Ｄ／Ｒ５Ｄ≦１００であるのがさらに好ましい。同様に、Ｒ３Ｄ＞Ｒ５Ｄであれば、特に限定されないが、例えば、１０≦Ｒ３Ｄ／Ｒ５Ｄ≦１００であるのが好ましく、３０≦Ｒ３Ｄ／Ｒ５Ｄ≦１００であるのがより好ましく、５０≦Ｒ３Ｄ／Ｒ５Ｄ≦１００であるのがさらに好ましい。これにより、Ｒ２Ｄ、Ｒ３Ｄが過度に大きくなることを抑制しつつ、Ｒ２Ｄ、Ｒ３ＤをＲ５Ｄに対して十分に大きくすることができる。そのため、上述の効果がより顕著となる。なお、Ｒ２Ｄ、Ｒ３Ｄは、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。
また、図７に示すように、第１グランド用貫通電極７８４の電気抵抗（Ω）をＲ１Ｇ（Ｒ１）、第２グランド用貫通電極７８５の電気抵抗（Ω）をＲ２Ｇ（Ｒ２）、グランド配線７７２の第１グランド用貫通電極７８４と第２グランド用貫通電極７８５とを接続する区間Ｅ３の電気抵抗（Ω）をＲ４Ｇ（Ｒ４）としたとき、振動デバイス１は、Ｒ１Ｇ＞Ｒ４Ｇ、かつ、Ｒ２Ｇ＞Ｒ４Ｇの関係を満たしている。なお、Ｒ１Ｇは、第１グランド用貫通電極７８４の上端と下端との間の電気抵抗であり、Ｒ２Ｇは、第２グランド用貫通電極７８５の上端と下端との間の電気抵抗である。また、Ｒ４Ｇは、グランド配線７７２と第１グランド用貫通電極７８４との接続部分の中心Ｏ１Ｇと、グランド配線７７２と第２グランド用貫通電極７８５との接続部分の中心Ｏ２Ｇと、の間の電気抵抗である。
このように、第１グランド用貫通電極７８４および第２グランド用貫通電極７８５の電気抵抗Ｒ１Ｇ、Ｒ２Ｇを区間Ｅ３の電気抵抗Ｒ４Ｇに対して大きくすることにより、第１回路ブロックＣＢ１で生じるノイズが、第１グランド用貫通電極７８４、区間Ｅ３および第２グランド用貫通電極７８５を介して第２回路ブロックＣＢ２に伝達され難くなる。そのため、第２回路ブロックＣＢ２に配置されているアナログ回路ＡＣが第１回路ブロックＣＢ１で生じるノイズの影響を受け難くなる。したがって、発振回路７Ｃの位相ノイズを十分に小さく抑えることができる。また、発振回路７Ｃの波数分解能を高くすることができる。その結果、優れた周波数精度を有する振動デバイス１となる。
前述したように、第１、第２グランド用貫通電極７８４、７８５は、導電性のポリシリコンで構成され、グランド配線７７２は、金属材料で構成されている。そのため、Ｒ１Ｇ＞Ｒ４Ｇ、かつ、Ｒ２Ｇ＞Ｒ４Ｇの関係を容易に満たすことができる。
なお、Ｒ１Ｇ＞Ｒ４Ｇであれば、特に限定されないが、例えば、１０≦Ｒ１Ｇ／Ｒ４Ｇ≦１００であるのが好ましく、３０≦Ｒ１Ｇ／Ｒ４Ｇ≦１００であるのがより好ましく、５０≦Ｒ１Ｇ／Ｒ４Ｇ≦１００であるのがさらに好ましい。同様に、Ｒ２Ｇ＞Ｒ４Ｇであれば、特に限定されないが、例えば、１０≦Ｒ２Ｇ／Ｒ４Ｇ≦１００であるのが好ましく、３０≦Ｒ２Ｇ／Ｒ４Ｇ≦１００であるのがより好ましく、５０≦Ｒ２Ｇ／Ｒ４Ｇ≦１００であるのがさらに好ましい。これにより、Ｒ１Ｇ、Ｒ２Ｇが過度に大きくなることを抑制しつつ、Ｒ１Ｇ、Ｒ２ＧをＲ４Ｇに対して十分に大きくすることができる。そのため、上述の効果がより顕著となる。なお、Ｒ１Ｇ、Ｒ２Ｇは、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。
また、図７に示すように、第３グランド用貫通電極７８６の電気抵抗（Ω）をＲ３Ｇ（Ｒ３）、グランド配線７７２の第２グランド用貫通電極７８５と第３グランド用貫通電極７８６とを接続する区間Ｅ４の電気抵抗（Ω）をＲ５Ｇ（Ｒ５）としたとき、振動デバイス１は、Ｒ２Ｇ＞Ｒ５Ｇ、かつ、Ｒ３Ｇ＞Ｒ５Ｇの関係を満たしている。なお、Ｒ３Ｇは、第３グランド用貫通電極７８６の上端と下端との間の電気抵抗である。また、Ｒ５Ｇは、グランド配線７７２と第２グランド用貫通電極７８５との接続部分の中心Ｏ２Ｇと、グランド配線７７２と第３グランド用貫通電極７８６との接続部分の中心Ｏ３Ｇと、の間の電気抵抗である。
このように、第２グランド用貫通電極７８５および第３グランド用貫通電極７８６の電気抵抗Ｒ２Ｇ、Ｒ３Ｇを区間Ｅ４の電気抵抗Ｒ５Ｇに対して大きくすることにより、前述したのと同様に、第３回路ブロックＣＢ３で生じるノイズが第３グランド用貫通電極７８６、区間Ｅ４および第２グランド用貫通電極７８５を介して第２回路ブロックＣＢ２に伝達され難くなる。そのため、第２回路ブロックＣＢ２に配置されているアナログ回路ＡＣが第３回路ブロックＣＢ３で生じるノイズの影響を受け難くなる。したがって、発振回路７Ｃの位相ノイズを十分に小さく抑えることができる。また、発振回路７Ｃの波数分解能を高くすることができる。その結果、優れた周波数精度を有する振動デバイス１となる。
前述したように、第２、第３グランド用貫通電極７８５、７８６は、導電性のポリシリコンで構成され、グランド配線７７２は、金属材料で構成されている。そのため、Ｒ２Ｇ＞Ｒ５Ｇ、かつ、Ｒ３Ｇ＞Ｒ５Ｇの関係を容易に満たすことができる。
なお、Ｒ２Ｇ＞Ｒ５Ｇであれば、特に限定されないが、例えば、１０≦Ｒ２Ｇ／Ｒ５Ｇ≦１００であるのが好ましく、３０≦Ｒ２Ｇ／Ｒ５Ｇ≦１００であるのがより好ましく、５０≦Ｒ２Ｇ／Ｒ５Ｇ≦１００であるのがさらに好ましい。同様に、Ｒ３Ｇ＞Ｒ５Ｇであれば、特に限定されないが、例えば、１０≦Ｒ３Ｇ／Ｒ５Ｇ≦１００であるのが好ましく、３０≦Ｒ３Ｇ／Ｒ５Ｇ≦１００であるのがより好ましく、５０≦Ｒ３Ｇ／Ｒ５Ｇ≦１００であるのがさらに好ましい。これにより、Ｒ２Ｇ、Ｒ３Ｇが過度に大きくなることを抑制しつつ、Ｒ２Ｇ、Ｒ３ＧをＲ５Ｇに対して十分に大きくすることができる。そのため、上述の効果がより顕著となる。なお、Ｒ２Ｇ、Ｒ３Ｇは、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。
図１に示すように、リッド６は、基板５と同様、シリコン基板である。これにより、基板５とリッド６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、パッケージ３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６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、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板を用いてもよい。
リッド６は、その下面に開口し、内部に振動片４を収納している有底の凹部６１を有する。そして、リッド６は、その下面において接合部材８を介して基板５の上面５ａに接合されている。これにより、リッド６と基板５との間に振動片４を収納する収納空間Ｓ１が形成される。収納空間Ｓ１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、断熱性が高まると共に粘性抵抗が減り、振動片４の発振特性が向上する。ただし、収納空間Ｓ１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。
振動片４は、図８に示すように、振動基板４１と、振動基板４１の表面に配置された電極と、を有する。振動基板４１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、優れた温度特性を有する振動片４となる。また、電極は、振動基板４１の上面に配置された励振電極４２１と、下面に励振電極４２１と対向して配置された励振電極４２２と、を有する。また、電極は、振動基板４１の下面に配置された一対の端子４２３、４２４と、端子４２３と励振電極４２１とを電気的に接続する配線４２５と、端子４２４と励振電極４２２とを電気的に接続する配線４２６と、を有する。
なお、振動片４の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動片４は、励振電極４２１、４２２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４１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４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４１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４１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４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。
このような構成の振動片４は、導電性の接合部材Ｂ１、Ｂ２によって基板５の上面５ａ側に支持されている。具体的には、振動片４は、集積回路７の配線層７０の上面側に接合部材Ｂ１、Ｂ２を介して片持ち支持されている。また、配線層７０の上面には、配線７０１を介して集積回路７と電気的に接続されている端子７９１、７９２が配置されており、接合部材Ｂ１によって端子４２３と端子７９１とが電気的に接続され、接合部材Ｂ２によって端子４２４と端子７９２とが電気的に接続されている。これにより、振動片４と集積回路７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、収納空間Ｓ１の環境変化、特に圧力の上昇を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、振動片４に応力が伝わり難くなる。
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、第１面である上面５ａと、上面５ａとは反対側の第２面である下面５ｂと、を有する基板５と、基板５の上面５ａ側に配置されている振動片４と、上面５ａに配置されている第１回路ブロックＣＢ１と、上面５ａに配置され、アナログ回路ＡＣを含む第２回路ブロックＣＢ２と、下面５ｂに配置されている電源端子としての電源電圧端子７６１と、下面５ｂに配置され、電源電圧端子７６１に接続されている電源配線としての電源電圧配線７７１と、基板５を貫通し、電源電圧配線７７１と第１回路ブロックＣＢ１とを電気的に接続する第１貫通電極としての第１電源電圧用貫通電極７８１と、基板５を貫通し、電源電圧配線７７１と第２回路ブロックＣＢ２とを第１電源電圧用貫通電極７８１と並列に電気的に接続する第２貫通電極としての第２電源電圧用貫通電極７８２と、を含む。そして、第１電源電圧用貫通電極７８１の電気抵抗をＲ１Ｄ、第２電源電圧用貫通電極７８２の電気抵抗をＲ２Ｄ、電源電圧配線７７１の第１電源電圧用貫通電極７８１と第２電源電圧用貫通電極７８２とを接続する区間Ｅ１の電気抵抗をＲ４Ｄとしたとき、Ｒ１Ｄ＞Ｒ４Ｄ、かつ、Ｒ２Ｄ＞Ｒ４Ｄの関係である。
これにより、第１回路ブロックＣＢ１で生じるノイズ、例えば、電圧の揺らぎが、第１電源電圧用貫通電極７８１、区間Ｅ１および第２電源電圧用貫通電極７８２を介して第２回路ブロックＣＢ２に伝達され難くなる。そのため、第２回路ブロックＣＢ２に配置されているアナログ回路ＡＣが第１回路ブロックＣＢ１で生じるノイズの影響を受け難くなる。したがって、発振回路７Ｃの位相ノイズを十分に小さく抑えることができる。また、発振回路７Ｃの波数分解能を高くすることができる。その結果、優れた周波数精度を有する振動デバイス１となる。
また、振動デバイス１は、前述したように、下面５ｂに配置されている電源端子としてのグランド端子７６２と、下面５ｂに配置され、グランド端子７６２に接続されている電源配線としてのグランド配線７７２と、基板５を貫通し、グランド配線７７２と第１回路ブロックＣＢ１とを電気的に接続する第１貫通電極としての第１グランド用貫通電極７８４と、基板５を貫通し、グランド配線７７２と第２回路ブロックＣＢ２とを第１グランド用貫通電極７８４と並列に電気的に接続する第２貫通電極としての第２グランド用貫通電極７８５と、を含む。そして、第１グランド用貫通電極７８４の電気抵抗をＲ１Ｇ、第２グランド用貫通電極７８５の電気抵抗をＲ２Ｇ、グランド配線７７２の第１グランド用貫通電極７８４と第２グランド用貫通電極７８５とを接続する区間Ｅ３の電気抵抗をＲ４Ｇとしたとき、Ｒ１Ｇ＞Ｒ４Ｇ、かつ、Ｒ２Ｇ＞Ｒ４Ｇの関係である。
これにより、第１回路ブロックＣＢ１で生じるノイズ、例えば、電圧の揺らぎが、第１グランド用貫通電極７８４、区間Ｅ３および第２グランド用貫通電極７８５を介して第２回路ブロックＣＢ２に伝達され難くなる。そのため、第２回路ブロックＣＢ２に配置されているアナログ回路ＡＣが第１回路ブロックＣＢ１で生じるノイズの影響を受け難くなる。したがって、発振回路７Ｃの位相ノイズを十分に小さく抑えることができる。また、発振回路７Ｃの波数分解能を高くすることができる。その結果、優れた周波数精度を有する振動デバイス１となる。
なお、Ｒ１Ｄ＞Ｒ４Ｄ、かつ、Ｒ２Ｄ＞Ｒ４Ｄの関係およびＲ１Ｇ＞Ｒ４Ｇ、かつ、Ｒ２Ｇ＞Ｒ４Ｇの関係のうち、片方だけを満たしていてもよい。ただし、本実施形態のように、両方満足することにより、ノイズの影響を一層低減できる。
また、前述したように、電源電圧配線７７１の構成材料は、金属材料であり、第１電源電圧用貫通電極７８１および第２電源電圧用貫通電極７８２の構成材料は、導電性のポリシリコンである。これにより、Ｒ１Ｄ＞Ｒ４Ｄ、かつ、Ｒ２Ｄ＞Ｒ４Ｄの関係を容易に実現することができる。同様に、グランド配線７７２の構成材料は、金属材料であり、第１グランド用貫通電極７８４および第２グランド用貫通電極７８５の構成材料は、導電性のポリシリコンである。これにより、Ｒ１Ｇ＞Ｒ４Ｇ、かつ、Ｒ２Ｇ＞Ｒ４Ｇの関係を容易に実現することができる。
また、前述したように、第２回路ブロックＣＢ２は、アナログ回路ＡＣとして、定電圧生成回路７Ａ、発振回路７Ｃ、制御電圧生成回路７Ｂおよび位相同期回路７Ｄの少なくとも１つを含む。これにより、これら回路７Ａ～７Ｄの少なくとも１つの回路がノイズの影響を受け難くなる。
また、前述したように、第１回路ブロックＣＢ１は、論理回路であるロジック回路７Ｅ、記憶回路７Ｆおよび出力バッファー回路７Ｇの少なくとも１つを含む。これにより、これら回路７Ｅ～７Ｇの少なくとも１つの回路で生じるノイズが第２回路ブロックＣＢ２に伝達され難くなる。
＜第２実施形態＞
図９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９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。
このように、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、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 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３実施形態＞
図１０は、第３実施形態の自動車を示す斜視図である。
図１０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、本適用例の振動デバイス、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、本適用例は、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、本適用例に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本適用例は、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、３…パッケージ、４…振動片、４１…振動基板、４２１、４２２…励振電極、４２３、４２４…端子、４２５、４２６…配線、５…基板、５ａ…上面、５ｂ…下面、５０…絶縁膜、６…リッド、６１…凹部、７…集積回路、７Ａ…定電圧生成回路、７Ｂ…制御電圧生成回路、７Ｃ…発振回路、７Ｄ…位相同期回路、７Ｅ…ロジック回路、７Ｆ…記憶回路、７Ｇ…出力バッファー回路、７０…配線層、７０１…配線、７６…端子、７６１…電源電圧端子、７６２…グランド端子、７７…配線、７７１…電源電圧配線、７７２…グランド配線、７８…貫通電極、７８Ａ…貫通孔、７８Ｂ…導電性材料、７８１…第１電源電圧用貫通電極、７８２…第２電源電圧用貫通電極、７８３…第３電源電圧用貫通電極、７８４…第１グランド用貫通電極、７８５…第２グランド用貫通電極、７８６…第３グランド用貫通電極、７９１、７９２…端子、８…接合部材、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、ＡＣ…アナログ回路、Ｂ１、Ｂ２…接合部材、ＣＢ１…第１回路ブロック、ＣＢ２…第２回路ブロック、ＣＢ３…第３回路ブロック、ＤＣ…デジタル回路、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４…区間、Ｏ１Ｄ、Ｏ１Ｇ、Ｏ２Ｄ、Ｏ２Ｇ、Ｏ３Ｄ、Ｏ３Ｇ…中心、Ｒ１Ｄ、Ｒ１Ｇ、Ｒ２Ｄ、Ｒ２Ｇ、Ｒ３Ｄ、Ｒ３Ｇ、Ｒ４Ｄ、Ｒ４Ｇ、Ｒ５Ｄ、Ｒ５Ｇ…電気抵抗、Ｓ１…収納空間

Claims (6)

  1. 第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有する基板と、
    前記基板の前記第１面側に配置されている振動片と、
    前記第１面に配置され、少なくとも一つのデジタル回路を含む第１回路ブロックと、
    前記第１面に配置され、少なくとも一つのアナログ回路を含む第２回路ブロックと、
    前記第１面に配置され、少なくとも一つの前記デジタル回路を含む第３回路ブロックと、
    前記第２面に配置されている電源端子と、
    前記第２面に配置され、前記電源端子に接続されている電源配線と、
    前記基板を貫通し、前記電源配線と第１接続部分において接続され、前記電源配線と前記第１回路ブロックとを電気的に接続する第１貫通電極と、
    前記基板を貫通し、前記電源配線と第２接続部分において接続され、前記電源配線と前記第２回路ブロックとを電気的に接続する第２貫通電極と、
    前記基板を貫通し、前記電源配線と第３接続部分において接続され、前記電源配線と前記第３回路ブロックとを電気的に接続する第３貫通電極と、を含み、
    平面視で、
    前記第２回路ブロックは、前記第１回路ブロックと前記第３回路ブロックとの間に配置されており、
    前記第１回路ブロックは、前記第１貫通電極と重なっており、
    前記第２回路ブロックは、前記第２貫通電極と重なっており、
    前記第３回路ブロックは、前記第３貫通電極と重なっており、
    前記第１貫通電極の電気抵抗をＲ１、前記第２貫通電極の電気抵抗をＲ２、前記第３貫通電極の電気抵抗をＲ３、前記電源配線の前記第１接続部分と前記第２接続部分との間の電気抵抗をＲ４、前記電源配線の前記第２接続部分と前記第３接続部分との間の電気抵抗をＲ５としたとき、
    Ｒ１＞Ｒ４、かつ、Ｒ２＞Ｒ４の関係、および
    Ｒ２＞Ｒ５、かつ、Ｒ３＞Ｒ５
    の関係を満たすことを特徴とする振動デバイス。
  2. 前記電源配線の構成材料は、金属材料であり、
    前記第１貫通電極および前記第２貫通電極の構成材料は、導電性のポリシリコンである請求項１に記載の振動デバイス。
  3. 前記アナログ回路は、定電圧生成回路、発振回路、制御電圧生成回路および位相同期回路を含む請求項１または２に記載の振動デバイス。
  4. 前記デジタル回路は、論理回路、記憶回路および出力バッファー回路を含む請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動デバイス。
  5. 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。
  6. 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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