JP7505622B2 - 振動デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

振動デバイス、電子機器および移動体 Download PDF

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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に記載されている振動デバイスは、パッケージと、パッケージ内に収容されている振動素子および中継基板と、を有する。また、振動素子は、中継基板を介してパッケージに固定されている。また、中継基板は、振動素子を載置する載置部と、載置部の外側に位置し、パッケージに固定されている固定部と、固定部と載置部とを連結する梁部と、を有している。
特開２０１８－１５９６７４号公報
このような振動デバイスにおいては、平面視で、中継基板の梁部および固定部が振動素子の外側にはみ出て位置しているため、その分、パッケージの大型化を招いてしまう。反対に、小型のパッケージを用いる場合には、梁部および固定部の分だけ振動素子を小さくする必要がある。
本適用例に係る振動デバイスは、ベースと、
前記ベースに支持されている中継基板と、
前記中継基板に支持されている振動素子と、を有し、
前記中継基板は、直接または間接的に前記ベースに固定されている固定部と、前記振動素子が載置されている載置部と、前記固定部と前記載置部とを接続する梁部と、を有し、 前記載置部の前記振動素子と接続される部分は、平面視で、前記固定部を間に挟んで前記固定部の両側に位置していることを特徴とする。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記ベースに支持され、前記振動素子と電気的に接続されている回路素子を有することが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記中継基板は、前記回路素子を介して前記ベースに支持されていることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記ベースは、第１凹部と、前記第１凹部の底面に開口する第２凹部と、を有し、
前記第１凹部の底面に前記回路素子が支持され、
前記回路素子と前記第２凹部の底面との間に前記中継基板および振動素子が位置し、
前記回路素子は、前記第２凹部の底面側の面において、前記第１凹部の底面と接続されていると共に前記中継基板と接続されていることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記回路素子は、前記面の外周部において前記第１凹部の底面と接続され、前記面の中央部において前記中継基板と接続されていることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記中継基板は、前記回路素子と前記振動素子との間に位置していることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記回路素子は、表裏関係にある第１面および第２面を有し、
前記第１面が前記ベースと接続され、
前記第２面が前記中継基板と接続されていることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記中継基板の平面視で、
前記中継基板は、前記固定部の前記振動素子と重なっていない領域において前記回路素子と接続されていることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記ベースは、第１凹部と、前記第１凹部の底面に開口する第２凹部と、を有し、
前記第１凹部の底面に前記回路素子が接続され、
前記第２凹部の底面に前記中継基板が接続されていることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記中継基板は、前記振動素子と同じ材料で構成されていることが好ましい。
本適用例に係る振動デバイスでは、前記中継基板の平面視で、
前記梁部は、前記載置部と前記固定部との間に位置し、前記載置部を囲む枠状をなす枠部と、前記固定部と前記枠部とを接続する第１梁部と、前記載置部と前記枠部とを接続する第２梁部と、を有し、
前記第１梁部の中心軸の方向と前記第２梁部の中心軸の方向とが交差していることが好ましい。
本適用例に係る電子機器は、上述の振動デバイスと、
前記振動デバイスの出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする。
本適用例に係る移動体は、上述の振動デバイスと、
前記振動デバイスの出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする。
第１実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。 図１の振動デバイスを示す平面図である。 図１の振動デバイスが有する振動素子を下側から見た平面図である。 図３の振動素子の駆動を説明する模式図である。 図３の振動素子の駆動を説明する模式図である。 図１の振動デバイスが有する中継基板を下側から見た平面図である。 中継基板を回路素子に接続する方法を示す模式図である。 中継基板の変形例を下側から見た平面図である。 第２実施形態の振動デバイスを示す断面図である。 第３実施形態の振動デバイスを示す断面図である。 第４実施形態の振動デバイスを示す断面図である。 第５実施形態のパーソナルコンピューターを示す斜視図である。 第６実施形態の携帯電話機を示す斜視図である。 第７実施形態のデジタルスチールカメラを示す斜視図である。 第８実施形態の自動車を示す斜視図である。
以下、本適用例の振動デバイス、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の振動デバイスを示す平面図である。図３は、図１の振動デバイスが有する振動素子を下側から見た平面図である。図４および図５は、図３の振動素子の駆動を説明する模式図である。図６は、図１の振動デバイスが有する中継基板を下側から見た平面図である。図７は、中継基板を回路素子に接続する方法を示す模式図である。図８は、中継基板の変形例を下側から見た平面図である。なお、説明の便宜上、各図には、互いに直交する３軸であるＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸を示している。また、以下では、各軸の矢印先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｃ軸方向のプラス側を「上」とも言い、マイナス側を「下」とも言う。また、Ｃ軸方向からの平面視を、単に「平面視」とも言う。
図１に示す振動デバイス１は、Ｃ軸まわりの角速度ωｃを検出する物理量センサーである。振動デバイス１を物理量センサーとすることにより、振動デバイス１を幅広い電子機器に搭載することができ、利便性の高い振動デバイス１となる。このような振動デバイス１は、パッケージ２と、パッケージ２に収納されている回路素子３、中継基板４および振動素子６と、を有する。
パッケージ２は、上面に開口する凹部２１１を備えるベース２１と、凹部２１１の開口を塞ぐようにベース２１の上面に接合部材２３を介して接合されているリッド２２と、を有する。パッケージ２の内側には凹部２１１によって内部空間Ｓが形成され、内部空間Ｓに回路素子３、中継基板４および振動素子６が収容されている。なお、ベース２１は、アルミナ等のセラミックスで構成することができ、リッド２２は、コバール等の金属材料で構成することができる。ただし、ベース２１およびリッド２２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されない。
収納空間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６の振動特性が向上する。ただし、収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、大気圧状態、加圧状態となっていてもよい。
また、凹部２１１は、ベース２１の上面に開口している第１凹部２１１ａと、第１凹部２１１ａの底面に開口し、第１凹部２１１ａよりも開口幅が小さい第２凹部２１１ｂと、を有する。そして、第１凹部２１１ａの底面に導電性の接合部材Ｂ１を介して回路素子３が接続され、回路素子３の下面に導電性の接合部材Ｂ２を介して中継基板４が接続され、中継基板４の下面に導電性の接合部材Ｂ３を介して振動素子６が接続されている。すなわち、振動素子６は、中継基板４および回路素子３を介してベース２１に接続されている。このように、振動素子６とベース２１との間に回路素子３や中継基板４、特に中継基板４を介在させることにより、例えば、衝撃やパッケージ２の熱撓み等により生じる応力（以下、単に「パッケージ２からの応力」とも言う。）が振動素子６に伝わり難くなり、振動素子６の振動特性の低下を抑制することができる。
接合部材Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３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、Ｂ３として前者の金属バンプを用いると、接合部材Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３からのガスの発生を抑制でき、内部空間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、Ｂ３として後者の導電性接着剤を用いると、接合部材Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が比較的柔らかくなり、接合部材Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３においてもパッケージ２からの応力を吸収、緩和することができる。
また、図２に示すように、内部空間Ｓ内において、振動素子６、中継基板４および回路素子３は、平面視で互いに重なっている。言い換えると、振動素子６、中継基板４および回路素子３は、Ｃ軸方向に並んで配置されている。これにより、パッケージ２のＡ軸方向およびＢ軸方向への広がりを抑制でき、振動デバイス１の小型化を図ることができる。また、図１に示すように、中継基板４および振動素子６は、回路素子３の下側、すなわち回路素子３と第２凹部２１１ｂの底面との間に位置している。これにより、第２凹部２１１ｂを中継基板４および振動素子６を配置するスペースとして有効利用することができ、パッケージ２の小型化を図ることができる。
また、パッケージ２の側面視で、中継基板４は、振動素子６と回路素子３との間に位置し、回路素子３に吊られた状態で支持されている。このように、中継基板４を振動素子６と回路素子３との間に配置することにより、これらが自然な位置関係となり、これらを好適に配置することができる。ただし、振動素子６が中継基板４を介して回路素子３に接続されていれば、これに限定されず、例えば、パッケージ２の側面視で、回路素子３と中継基板４との間に振動素子６が位置していてもよいし、振動素子６と中継基板との間に回路素子３が位置していてもよい。
また、図１に示すように、第１凹部２１１ａの底面には内部端子２４１が配置され、ベース２１の下面には外部端子２４３が配置されている。また、内部端子２４１および外部端子２４３は、ベース２１内に形成されている図示しない内部配線を介して電気的に接続されている。
回路素子３は、振動素子６と電気的に接続され、振動素子６を駆動し、振動素子６から出力される検出信号に基づいて角速度ωｃを検出する駆動／検出回路３０を有する。なお、回路素子３の構成としては、特に限定されず、例えば、温度補償回路等、他の回路が含まれていてもよい。このような回路素子３は、その下面３１の外周部が接合部材Ｂ１を介して第１凹部２１１ａの底面と接続され、下面３１の中央部が接合部材Ｂ２を介して中継基板４と接続されている。このように、接続箇所を外周部と中央部とに分けることにより、中継基板４に邪魔されることなく回路素子３を第１凹部２１１ａの底面に接続することができ、ベース２１に邪魔させることなく中継基板４を回路素子３の下面３１に接続することができる。
特に、回路素子３は、回路素子３の中心Ｏ３に対してＡ軸方向プラス側に位置する部分において接合部材Ｂ１を介して第１凹部２１１ａの底面に接続され、中心Ｏ３に対してＡ軸方向マイナス側に位置する部分において接合部材Ｂ１を介して第１凹部２１１ａの底面に固定されている。すなわち、回路素子３は、その両端においてベース２１に支持されている。これにより、回路素子３の姿勢が安定する。
また、回路素子３は、その下面３１が能動面であり、下面３１の外周部には複数の端子３２が配置され、中央部には複数の端子３３が配置されている。各端子３２は、接合部材Ｂ１を介して内部端子２４１と電気的に接続されており、各端子３３は、接合部材Ｂ２を介して中継基板４に配置されている後述する端子４４と電気的に接続されている。
振動素子６は、Ｃ軸まわりの角速度ωｃを検出可能な角速度センサー素子（物理量センサー素子）である。図３に示すように、振動素子６は、Ｚカット水晶基板から形成されており、素子本体６０と、素子本体６０をその両側において支持する支持部６１、６２と、素子本体６０と支持部６１とを接続している一対の梁部６３、６４と、素子本体６０と支持部６２とを接続している一対の梁部６５、６６と、を有する。Ｚカット水晶基板は、水晶の結晶軸であるＸ軸（電気軸）およびＹ軸（機械軸）で規定されるＸ－Ｙ平面に広がりを有し、Ｚ軸（光軸）方向に厚みを有する。
素子本体６０は、中央部に位置する基部６０１と、基部６０１からＡ軸方向両側に向けて延出している検出腕６０２、６０３と、基部６０１からＢ軸方向両側に向けて延出している連結腕６０４、６０５と、連結腕６０４の先端部からＡ軸方向両側に向けて延出している駆動腕６０６、６０７と、連結腕６０５の先端部からＡ軸方向両側に向けて延出する駆動腕６０８、６０９と、を有する。
また、図示しないが、各駆動腕６０６～６０９には駆動電極が配置され、各検出腕６０２、６０３には検出電極が配置されている。そして、前記駆動電極に駆動信号を印加すると、駆動腕６０６～６０９が、図４に示す駆動振動モードで振動する。駆動振動モードで駆動している状態で、振動素子６に角速度ωｃが加わると、図５に示す検出振動モードが新たに励振される。検出振動モードでは、駆動腕６０６～６０９にコリオリの力が作用して矢印Ｄに示す方向の振動が励振され、この振動に呼応して、検出腕６０２、６０３が矢印Ｅに示す方向に屈曲振動する。このような検出振動モードによって検出腕６０２、６０３に発生した電荷を前記検出電極から検出信号として取り出し、この検出信号に基づいて角速度ωｃを検出することができる。
また、図３に示すように、支持部６１は、素子本体６０のＡ軸方向プラス側に位置している。そして、梁部６３は、駆動腕６０６と検出腕６０２との間を通って基部６０１と支持部６１とを接続し、梁部６４は、駆動腕６０８と検出腕６０２との間を通って基部６０１と支持部６１とを接続している。また、支持部６２は、素子本体６０のＡ軸方向マイナス側に位置している。そして、梁部６５は、駆動腕６０７と検出腕６０３との間を通って基部６０１と支持部６２とを接続し、梁部６６は、駆動腕６０９と検出腕６０３との間を通って基部６０１と支持部６２とを接続している。
梁部６３～６６は、それぞれ、その途中にＳ字状に蛇行した屈曲部を有し、Ａ軸方向およびＢ軸方向に弾性変形し易い形状となっている。前述したように、中継基板４によってパッケージ２からの応力が吸収、緩和されるが、応力の一部が中継基板４を介して振動素子６に伝わってしまっても、梁部６３～６６によってその応力を効果的に吸収、緩和することができる。そのため、パッケージ２からの応力が素子本体６０にさらに伝わり難くなる。ただし、梁部６３～６６の形状は、それぞれ、特に限定されない。また、支持部６１、６２には、それぞれ、前述した駆動電極や検出電極と電気的に接続されている複数の端子６７が配置されている。
なお、振動素子６の構成としては、特に限定されない。例えば、振動素子６は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ4）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、Ｚｎ2Ｏ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ3）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ3）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ3）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ3）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12）、チタン酸ビスマスナトリウム（Ｎａ0.5Ｂｉ0.5ＴｉＯ3）等の各種圧電基板から形成されていてもよいし、シリコン基板等の圧電基板以外の基板から形成されていてもよい。
また、振動素子６は、Ａ軸まわりの角速度を検出するものでも、Ｂ軸まわりの角速度を検出するものでもよい。また、Ａ軸、Ｂ軸およびＣ軸の２つ以上の軸まわりの角速度を独立して検出できるものでもよい。また、振動素子６としては、物理量センサー素子に限定されず、発振器に用いられる振動素子でもよい。また、載置部４３には、複数の振動素子６が載置されていてもよい。
中継基板４は、回路素子３と振動素子６との間に介在している。中継基板４は、パッケージ２からの応力を吸収、緩和し、当該応力を振動素子６に伝わり難くする機能を有する。図６に示すように、中継基板４は、ジンバル形状であり、中央部に位置し、接合部材Ｂ２を介して回路素子３と接続されている固定部４１と、固定部４１を囲み、接合部材Ｂ３を介して振動素子６と接続されている載置部４３と、固定部４１と載置部４３との間に位置し、これらを接続する梁部４２と、を有する。
また、梁部４２は、固定部４１と載置部４３との間に位置し、固定部４１を囲む枠状の枠部４２１と、固定部４１と枠部４２１とを接続する第１梁部４２２と、載置部４３と枠部４２１とを接続する第２梁部４２３と、を有する。第１梁部４２２は、Ｂ軸方向の中央において固定部４１と枠部４２１とを接続しており、その中心軸Ｊ１がＡ軸方向に沿っている。一方、第２梁部４２３は、Ａ軸方向の中央において載置部４３と枠部４２１とを接続しており、その中心軸Ｊ２がＢ軸方向に沿っている。つまり、中心軸Ｊ１、Ｊ２は、直交しており、その交点は、中継基板４の中心Ｏ４とほぼ一致している。ただし、中心軸Ｊ１、Ｊ２は、０°超９０°未満の角度で交わっていてもよいし、これらの交点が中心Ｏ４からずれていてもよい。
このように、中継基板４をジンバル形状とすることにより、比較的簡単な構成で、Ａ軸方向の応力およびＢ軸方向の応力をそれぞれ効果的に吸収、緩和することができる。そのため、パッケージ２からの応力が振動素子６により伝わり難くなり、振動素子６の振動特性がより安定する。
載置部４３は、矩形の枠状をなし、その４辺に相当するところの、Ｂ軸方向に延在する部分４３１、４３２と、Ａ軸方向に延在する部分４３３、４３４と、を有する。そして、中心Ｏ４に対して互いに反対側に位置する部分４３１、４３２に振動素子６が接続されている。具体的には、平面視で、振動素子６の支持部６１が部分４３１と重なっており、この支持部６１が接合部材Ｂ３を介して部分４３１に固定され、振動素子６の支持部６２が部分４３２と重なっており、この支持部６２が接合部材Ｂ３を介して部分４３２に固定されている。
このように、回路素子３と接続される部分である固定部４１のＡ軸方向両側に、振動素子６と接続される部分４３１、４３２を配置することにより、前述の従来技術のように載置部４３の両側に固定部４１がある構成と比べて、中継基板４に対する振動素子６のサイズを大きくすることができる。そのため、パッケージ２の大型化を招くことなく、振動素子６のサイズを大きくすることができ、サイズが大きくなる分、振動素子６の振動特性が向上する。さらに、振動素子６がその両側から支持され、振動素子６の姿勢が安定する。
また、固定部４１の上面には複数の端子４４が配置され、載置部４３の部分４３１、４３２の下面には複数の端子４５が配置されている。また、端子４４、４５同士は、中継基板４に配置されている図示しない配線を介して電気的に接続されている。また、複数の端子４５は、接合部材Ｂ３を介して振動素子６の端子６７と電気的に接続され、複数の端子４４は、接合部材Ｂ２を介して回路素子３の端子３３と電気的に接続されている。これにより、中継基板４を介して振動素子６と回路素子３とが電気的に接続されている。
また、図６に示すように、固定部４１と回路素子３とを接続する各接合部材Ｂ２は、平面視で、振動素子６と重なっていない。すなわち、中継基板４は、平面視で、固定部４１のうち振動素子６と重なっていない領域において回路素子３に接続されている。これにより、中継基板４と回路素子３との接続が容易となる。具体的には、中継基板４は、載置部４３に振動素子６が固定されている状態で回路素子３に接続されるため、接合部材Ｂ２が平面視で振動素子６と重なっていないと、図７に示すように、振動素子６の周囲からピンＰを挿入し、当該ピンＰにおいて固定部４１の接合部材Ｂ２と重なる部分を回路素子３に向けて押圧することができる。そのため、固定部４１を接合部材Ｂ２に過不足なく所定の強さで押し付けることができる。その結果、中継基板４と回路素子３との接合をより確実にかつ精度よく行うことができる。ただし、これに限定されず、複数の接合部材Ｂ２のうちの少なくとも一部が、平面視で、振動素子６と重なっていてもよい。
このような中継基板４は、水晶で構成されている。中継基板４を振動素子６と同じ水晶で構成することにより、中継基板４と振動素子６の熱膨張係数を等しくすることができる。そのため、中継基板４と振動素子６との間には、互いの熱膨張係数差に起因する熱応力が実質的に生じず、振動素子６がより応力を受け難くなる。そのため、振動素子６の振動特性の低下や変動をより効果的に抑制することができる。
特に、中継基板４は、振動素子６と同じカット角の水晶基板から形成されている。前述したように、振動素子６は、Ｚカット水晶基板から形成されているため、中継基板４もＺカット水晶基板から形成されている。さらに、中継基板４の結晶軸の向きは、振動素子６の結晶軸の向きと一致している。すなわち、中継基板４と振動素子６とで互いにＸ軸の方向が一致し、互いにＹ軸の方向が一致し、互いにＺ軸の方向が一致している。水晶は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれで熱膨張係数が異なるため、中継基板４と振動素子６とを同じカット角とし、互いの結晶軸の向きを揃えることにより、中継基板４と振動素子６との間で前述の熱応力がより生じ難くなる。そのため、振動素子６がさらに応力を受け難くなり、その振動特性の低下や変動をさらに効果的に抑制することができる。
なお、中継基板４としては、これに限定されず、例えば、振動素子６と同じカット角であるが、結晶軸の方向が振動素子６とは異なっていてもよい。また、中継基板４は、振動素子６と異なるカット角の水晶基板から形成されていてもよい。また、中継基板４の構成材料は、水晶でなくてもよい。また、中継基板４の構成材料は、振動素子６の構成材料と異なっていてもよい。
また、中継基板４としては、例えば、図８に示す構成であってもよい。図８に示す中継基板４は、固定部４１と、固定部４１のＡ軸方向プラス側に位置する載置部４３Ａと、固定部４１のＡ軸方向マイナス側に位置する載置部４３Ｂと、固定部４１と載置部４３Ａとの間に位置し、これらを接続する一対の梁部４２Ａと、固定部４１と載置部４３Ｂとの間に位置し、これらを接続する一対の梁部４２Ｂと、を有する。そして、固定部４１が回路素子３と接続され、載置部４３Ａ、４３Ｂが振動素子６と接続される。
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、ベース２１と、ベース２１に支持されている中継基板４と、中継基板４に支持されている振動素子６と、を有する。また、中継基板４は、回路素子３を介して間接的にベース２１に固定されている固定部４１と、振動素子６が載置されている載置部４３と、固定部４１と載置部４３とを接続する梁部４２と、を有する。そして、載置部４３の振動素子６と接続される部分すなわち部分４３１、４３２は、平面視で、固定部４１を間に挟んで固定部４１の両側に位置している。このように、回路素子３と接続される部分である固定部４１の両側に、振動素子６と接続される部分である載置部４３を配置することにより、前述の従来技術のように載置部４３の両側に固定部４１がある構成と比べて、中継基板４に対する振動素子６のサイズを大きくすることができる。そのため、パッケージ２の大型化を招くことなく、振動素子６のサイズを大きくすることができ、サイズが大きくなる分、振動素子６の振動特性が向上する。なお、「間接的に固定」とは、何らかの介在物を介して固定されていることを意味し、本実施形態では回路素子３が介在物となる。
また、前述したように、振動デバイス１は、ベース２１に支持され、振動素子６と電気的に接続されている回路素子３を有する。これにより、回路素子３と振動素子６とを近接して配置することができ、振動素子６から出力される信号、本実施形態では、角速度ωｃの検出信号に混入するノイズを低減することができる。そのため、角速度ωｃをより精度よく検出することができる。
また、前述したように、中継基板４は、回路素子３を介してベース２１に支持されている。これにより、パッケージ２からの応力が振動素子６により伝わり難くなる。そのため、振動素子６の振動特性の低下、変動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、ベース２１は、第１凹部２１１ａと、第１凹部２１１ａの底面に開口する第２凹部２１１ｂと、を有する。また、第１凹部２１１ａの底面に回路素子３が支持され、回路素子３と第２凹部２１１ｂの底面との間に中継基板４および振動素子６が位置している。そして、回路素子３は、第２凹部２１１ｂの底面側の面すなわち下面３１において、第１凹部２１１ａの底面と接続されていると共に中継基板４と接続されている。前述したように、回路素子３の下面３１は、能動面であるため、端子３２、３３を配置し易い。そのため、下面を第１凹部２１１ａの底面と接続すると共に、中継基板４と接続することにより、回路素子３と内部端子２４１との電気的な接合および回路素子３と中継基板４との電気的な接合が容易となる。
また、前述したように、回路素子３は、下面３１の外周部において第１凹部２１１ａの底面と接続されており、下面３１の中央部において中継基板４と接続されている。これにより、中継基板４に邪魔されることなく回路素子３を第１凹部２１１ａの底面に接続することができ、ベース２１に邪魔されることなく中継基板４を回路素子３の下面３１に接続することができる。
また、前述したように、中継基板４は、回路素子３と振動素子６との間に位置している。これにより、これらが自然な位置関係となり、これらを好適に配置することができる。
また、前述したように、中継基板４の平面視で、中継基板４は、固定部４１の振動素子６と重なっていない領域において回路素子３に接続されている。これにより、中継基板４と回路素子３との接続が容易となる。
また、前述したように、中継基板４は、振動素子６と同じ材料で構成されており、本実施形態では、水晶で構成されている。これにより、中継基板４と振動素子６の熱膨張係数を等しくすることができる。そのため、中継基板４と振動素子６との間には、互いの熱膨張係数差に起因する熱応力が実質的に生じず、振動素子６がより応力を受け難くなる。そのため、振動素子６の振動特性の低下や変動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、中継基板４の平面視で、梁部４２は、載置部４３と固定部４１との間に位置し、載置部４３を囲む枠状をなす枠部４２１と、固定部４１と枠部４２１とを接続する第１梁部４２２と、載置部４３と枠部４２１とを接続する第２梁部４２３と、を有する。そして、第１梁部４２２の中心軸Ｊ１の方向と第２梁部４２３の中心軸Ｊ２の方向とが交差している。これにより、比較的簡単な構成で、Ａ軸方向の応力およびＢ軸方向の応力をそれぞれ効果的に吸収、緩和することができる。そのため、パッケージ２からの応力が振動素子６により伝わり難くなり、振動素子６の振動特性がより安定する。
＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態の振動デバイスを示す断面図である。
本実施形態は、パッケージ２内での回路素子３、中継基板４および振動素子６の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した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において、前述した実施形態と同様の構成については、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、回路素子３の下面３１（第１面）が能動面となっており、その下面３１が複数の接合部材Ｂ１を介して凹部２１１の底面に固定されている。また、凹部２１１の底面には、複数の内部端子２４１が配置されており、これら内部端子２４１と下面３１に設けられている端子３２とが接合部材Ｂ１を介して電気的に接続されている。また、中継基板４は、回路素子３の上側に位置し、接合部材Ｂ２を介して回路素子３の上面３４（第２面）に接続されている。また、上面３４には複数の端子３３が配置されており、これら端子３３と中継基板４とが接合部材Ｂ２を介して電気的に接続されている。また、振動素子６は、中継基板４の上側に位置し、接合部材Ｂ３を介して中継基板４の載置部４３の上面に接続されている。
このように、回路素子３は、表裏関係にある第１面としての下面３１および第２面としての上面３４を有し、下面３１がベース２１と接続されており、上面３４が中継基板４と接続されている。このような構成とすることにより、例えば、前述した第１実施形態と比べて、回路素子３とベース２１との接続の自由度が高まると共に、回路素子３と中継基板４との接続の自由度が高まる。
以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の構成となっている。
＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態の振動デバイスを示す断面図である。
本実施形態は、回路素子３の向きが異なること以外は、前述した第２実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した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において、前述した実施形態と同様の構成については、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、回路素子３が第２凹部２１１ｂの底面に固定されている。また、回路素子３の上面３４が能動面であり、上面３４の外周部には複数の端子３２が配置され、中央部には複数の端子３３が配置されている。また、複数の端子３２は、それぞれ、ボンディングワイヤーＢＷを介して内部端子２４１と接続されている。
以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の構成となっている。
＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態の振動デバイスを示す断面図である。
本実施形態は、パッケージ２内での回路素子３、中継基板４および振動素子６の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した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１１において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図１１に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、中継基板４が回路素子３やその他の介在物を介することなく、直接、ベース２１に接続されている。具体的には、中継基板４は、接合部材Ｂ２を介して第２凹部２１１ｂの底面に接続されている。また、第２凹部２１１ｂの底面には、前記内部配線を介して内部端子２４１と電気的に接続されている内部端子２４２が配置されており、内部端子２４２と中継基板４とが接合部材Ｂ２を介して電気的に接続されている。また、振動素子６は、中継基板４の上側に位置し、接合部材Ｂ３を介して中継基板４の載置部４３の上面に接続されている。このような構成とすることにより、前述した第１実施形態と比べて、回路素子３と振動素子６との間の熱伝達経路が長くなるため、回路素子３の熱が振動素子６に伝わり難い。そのため、振動素子６の温度変化を抑制でき、周波数特性の変動を効果的に抑制することができる。
このように、本実施形態では、ベース２１は、第１凹部２１１ａと、第１凹部２１１ａの底面に開口する第２凹部２１１ｂと、を有し、第１凹部２１１ａの底面に回路素子３が接続され、第２凹部２１１ｂの底面に中継基板４が接続されている。これにより、回路素子３と振動素子６との間の熱伝達経路を比較的長くすることができ、回路素子３の熱が振動素子６に伝わり難くなる。そのため、振動素子６の温度変化を抑制でき、周波数特性の変動を効果的に抑制することができる。
以上のような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の構成となっている。
＜第５実施形態＞
図１２は、第５実施形態のパーソナルコンピューターを示す斜視図である。
図１２に示す電子機器としての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。また、パーソナルコンピューター１１００には、物理量センサーとしての振動デバイス１と、振動デバイス１からの出力信号に基づいて信号処理すなわち各部の制御を行う信号処理回路１１１０と、が内蔵されている。
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の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路１１１０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１３は、第６実施形態の携帯電話機を示す斜視図である。
図１３に示す電子機器としての携帯電話機１２００は、図示しないアンテナ、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。また、携帯電話機１２００には、物理量センサーとしての振動デバイス１と、振動デバイス１からの出力信号に基づいて信号処理すなわち各部の制御を行う信号処理回路１２１０と、が内蔵されている。
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の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路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。
＜第７実施形態＞
図１４は、第７実施形態のデジタルスチールカメラを示す斜視図である。
図１４に示す電子機器としてのデジタルスチールカメラ１３００は、ケース１３０２を備え、このケース１３０２の背面には表示部１３１０が設けられている。表示部１３１０は、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成となっており、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、ケース１３０２の正面側には、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。また、デジタルスチールカメラ１３００には、物理量センサーとしての振動デバイス１と、振動デバイス１からの出力信号に基づいて信号処理すなわち各部の制御を行う信号処理回路１３１２と、が内蔵されている。
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の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路１３１２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、前述したパーソナルコンピューター１１００、携帯電話機１２００およびデジタルスチールカメラ１３００の他、例えば、スマートフォン、タブレット端末、スマートウォッチを含む時計、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ー、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、テレビ、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、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、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、電子内視鏡のような医療機器、魚群探知機、各種測定機器、車両、航空機、船舶のような計器類、携帯端末用の基地局、フライトシミュレーター等であってもよい。
＜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、物理量センサーとしての振動デバイス１と、振動デバイス１からの出力信号に基づいて信号処理すなわちシステム１５０２の制御を行う信号処理回路１５１０と、が内蔵されている。
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の出力信号（発振信号）に基づいて信号処理を行う信号処理回路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、２…パッケージ、２１…ベース、２１１…凹部、２１１ａ…第１凹部、２１１ｂ…第２凹部、２２…リッド、２３…接合部材、２４１、２４２…内部端子、２４３…外部端子、３…回路素子、３０…駆動／検出回路、３１…下面、３２、３３…端子、３４…上面、４…中継基板、４１…固定部、４２、４２Ａ、４２Ｂ…梁部、４２１…枠部、４２２…第１梁部、４２３…第２梁部、４３、４３Ａ、４３Ｂ…載置部、４３１、４３２、４３３、４３４…部分、４４、４５…端子、６…振動素子、６０…素子本体、６０１…基部、６０２、６０３…検出腕、６０４、６０５…連結腕、６０６、６０７、６０８、６０９…駆動腕、６１、６２…支持部、６３、６４、６５、６６…梁部、６７…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、１１１０…信号処理回路、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１２１０…信号処理回路、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、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、１３１２…信号処理回路、１５００…自動車、１５０２…システム、１５１０…信号処理回路、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…接合部材、ＢＷ…ボンディングワイヤー、Ｄ、Ｅ…矢印、Ｊ１、Ｊ２…中心軸、Ｏ３、Ｏ４…中心、Ｐ…ピン、Ｓ…内部空間、ωｃ…角速度

Claims (25)

  1. 互いに直交する３つの軸をＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸としたとき、
    振動素子と、
    前記振動素子と接続されている載置部を含み、前記Ｃ軸に沿ったＣ軸方向からの平面視
    で、前記振動素子と重なっている中継基板と、
    を含み、
    前記中継基板は、
    被固定部に第１接合部材を介して接続されている固定部と、
    前記固定部と前記載置部とを接続している梁部と、
    を含み、
    前記振動素子は、
    基部と、
    前記平面視で、前記基部を間に挟んで配置されている第１支持部及び第２支持部と、
    前記基部と前記第１支持部とを接続している第１梁部と、
    前記基部と前記第２支持部とを接続している第２梁部と、
    を含み、
    前記載置部は、
    前記平面視で、
    前記第１支持部が固定されている第１載置部と、
    前記第２支持部が固定されている第２載置部と、
    を含み、
    前記固定部は、前記平面視で、前記第１載置部と前記第２載置部との間に配置され、
    前記中継基板は、前記被固定部に間隙を介して対向していることを特徴とする振動デバ
    イス。
  2. 請求項１において、
    前記梁部は、前記平面視で、前記固定部を囲んでいる枠部を含むことを特徴とする振動
    デバイス。
  3. 請求項２において、
    前記梁部は、
    前記平面視で、
    前記固定部の前記Ａ軸のプラス側の端と、前記枠部と、を接続している第３梁部と、
    前記固定部の前記Ａ軸のマイナス側の端と、前記枠部と、を接続している第４梁部と、
    を含むことを特徴とする振動デバイス。
  4. 請求項３において、
    前記載置部は、
    前記平面視で、矩形の枠状をなし、
    前記Ｂ軸に沿ったＢ軸方向に延在している一対の第１部分と、
    前記Ａ軸に沿ったＡ軸方向に延在している一対の第２部分と、
    を含むことを特徴とする振動デバイス。
  5. 請求項４において、
    前記枠部は、
    前記平面視で、
    前記一対の第１部分の間に配置され、
    且つ、前記一対の第２部分の間に配置されていることを特徴とする振動デバイス。
  6. 請求項５において、
    前記第１載置部は、前記一対の第１部分の一方に位置し、
    前記第２載置部は、前記一対の第１部分の他方に位置していることを特徴とする振動デ
    バイス。
  7. 請求項６において、
    前記梁部は、
    前記平面視で、
    前記一対の第２部分の一方と、前記枠部の前記Ｂ軸のプラス側の端と、を接続している
    第５梁部と、
    前記一対の第２部分の他方と、前記枠部の前記Ｂ軸のマイナス側の端と、を接続してい
    る第６梁部と、
    を含むことを特徴とする振動デバイス。
  8. 請求項７において、
    前記第１支持部は、第２接合部材を介して前記第１載置部に固定され、
    前記第２支持部は、第２接合部材を介して前記第２載置部に固定されていることを特徴
    とする振動デバイス。
  9. 請求項８において、
    前記第２接合部材は、金属バンプであることを特徴とする振動デバイス。
  10. 請求項１において、
    前記梁部は、
    前記平面視で、
    前記第１載置部と、前記固定部の前記Ａ軸のプラス側の端と、を接続している第７梁部
    と、
    前記第２載置部と、前記固定部の前記Ａ軸のマイナス側の端とを接続している第８梁部
    と、
    を含むことを特徴とする振動デバイス。
  11. 請求項１０において、
    前記第１支持部は、第３接合部材を介して前記第１載置部に固定され、
    前記第２支持部は、第３接合部材を介して前記第２載置部に固定されていることを特徴
    とする振動デバイス。
  12. 請求項１１において、
    前記第３接合部材は、金属バンプであることを特徴とする振動デバイス。
  13. 請求項１乃至１２の何れか一項において、
    前記中継基板の材料は水晶であることを特徴とする振動デバイス。
  14. 請求項１乃至１３の何れか一項において、
    ベースを含み、内部空間に前記振動素子と前記中継基板が収容させれているパッケージ
    を含むことを特徴とする振動デバイス。
  15. 請求項１４において、
    前記ベースは、凹部が設けられ、
    前記内部空間は、前記凹部により構成されていることを特徴とする振動デバイス。
  16. 請求項１５において、
    前記凹部の開口を塞ぐように前記ベースに接合されているリッドを含むことを特徴とす
    る振動デバイス。
  17. 請求項１５または１６において、
    前記ベースは、前記被固定部であり、
    前記固定部の前記振動素子の側とは反対側の面が、前記ベースに接続されていることを
    特徴とする振動デバイス。
  18. 請求項１７において、
    前記内部空間に収容されている回路素子を含むことを特徴とする振動デバイス。
  19. 請求項１８において、
    前記凹部は、
    第１凹部と、
    前記第１凹部の内底面に設けられている第２凹部と、
    から構成され、
    前記第２凹部の底面は、前記被固定部であり、
    前記回路素子は、前記第１凹部の底面に接続され、
    前記固定部は、前記第２凹部の前記底面に接続されていることを特徴とする振動デバイ
    ス。
  20. 請求項１５または１６において、
    前記内部空間に収容されている回路素子を含むことを特徴とする振動デバイス。
  21. 請求項２０において、
    前記回路素子が、前記ベースに接続されていることを特徴とする振動デバイス。
  22. 請求項２１において、
    前記回路素子は、前記被固定部であり、
    前記固定部の前記振動素子の側とは反対側の面が、前記回路素子に接続されていること
    を特徴とする振動デバイス。
  23. 請求項２２において、
    前記凹部は、
    第１凹部と、
    前記第１凹部の内底面に設けられている第２凹部と、
    から構成され、
    前記回路素子は、前記第１凹部の底面に接続され、
    前記振動素子と前記中継基板は、前記回路素子と前記第２凹部の底面との間に配置され
    ていることを特徴とする振動デバイス。
  24. 請求項１乃至２３の何れか一項に記載の振動デバイスと、
    前記振動デバイスの出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、
    を含むことを特徴とする電子機器。
  25. 請求項１乃至２３の何れか一項に記載の振動デバイスと、
    前記振動デバイスの出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、
    を含むことを特徴とする移動体。
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