JP6179155B2 - 振動デバイス、電子機器、および移動体 - Google Patents
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Description
図1〜図3を用い、本発明の第1実施形態に係る振動デバイスについて説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る振動デバイスの概略を示し、(a)は平面図であり、(b)は正断面図である。なお、図1(a)では、蓋部材を省略(透視)している。図2は、第1実施形態に係る振動デバイスの接続部の詳細を示す部分拡大図であり、(a)は左側面図、(b)は平面図、(c)は正断面図である。なお、図2(b)では、振動素子の表側の接続電極を省略している。図3は、発熱部としての発熱素子の概略を模式的に示す正断面図である。
図1(a)、(b)に示す振動デバイス1は、振動素子15と、振動素子15を収納するパッケージ13と、振動素子15と接続され振動素子15を加熱する発熱部としての発熱素子18と、パッケージ13に設けられ振動素子15と接触する支持部30と、パッケージ13との間に内部空間(収納空間)14を形成する蓋体としてのリッド26とを有している。以下、振動素子15、パッケージ13、発熱素子18、支持部30、およびリッド26について順次詳細に説明する。
本実施形態の振動素子15は、圧電材料の一例としての水晶により形成されたATカット水晶基板(圧電基板)が用いられている。図示しないが、水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、互いに直交する結晶軸X、Y、Zを有する。X軸、Y軸、Z軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。そして水晶基板は、XZ面をX軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が用いられる。例えば、ATカット水晶基板の場合は、θは略35°15′である。なお、Y軸、およびZ軸もX軸の周りにθ回転させて、夫々Y’軸、およびZ’軸とする。従って、ATカット水晶基板は、直交する結晶軸X、Y’、Z’を有する。ATカット水晶基板は、厚み方向がY’軸であって、Y’軸に直交するXZ’面(X軸、およびZ’軸を含む面)が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。このATカット水晶基板を加工して、振動素子15の素板としての圧電基板を得ることができる。即ち、圧電基板は、X軸(電気軸)、Y軸(機械軸)、Z軸(光学軸)からなる直交座標系のX軸を中心として、Z軸をY軸の−Y方向へ傾けた軸をZ’軸とし、Y軸をZ軸の+Z方向へ傾けた軸をY’軸とし、X軸とZ’軸に平行な面で構成され、Y’軸に平行な方向を厚みとするATカット水晶基板からなる。
図1(a)、(b)に示すベース基板としてのパッケージ13は、底板11と、底板11の表面周縁部に設けられている枠状の側壁12と、側壁12上面に設けられている接合材としてのシームリング23と、シームリング23を介して側壁202の上面に接合されている蓋部材としてのリッド26とを含む。側壁12の上面には、接合材としてのシームリング23が設けられている。そして、パッケージ13は、振動素子15および発熱素子18を収納するものである。なお、リッド26の説明は、後述にて詳細を説明する。
発熱部としての発熱素子について図3を用いて概略を説明する。図3は発熱部としての発熱素子の概略を模式的に示し、(a)は構成例1を示す正断面図、(b)は構成例2を示す正断面図である。図3(a)、(b)に示す発熱素子18は、接続される振動素子15を加熱し、振動素子15の温度を一定に保つ、所謂恒温機能を有している電子部品である。
次に、図1(a)、(b)に戻り、支持部30について説明する。支持部30は、パッケージ13の底板11の上面に設けられている。支持部30は、略四角柱状をなしており、上端面が振動素子15と接触している。図1(a)に斜線部で示している支持部30の上端面と振動素子15とが接触している領域を振動素子15の接触部B1とする。支持部30は、平面視で、支持部30と、振動素子15と後述する振動素子15の発熱素子18との接続部と、の間に重心Qが位置するように設けられている。本実施形態では、接触部B1は、平面視で、前記振動片の重心Qを基準として、振動素子15の発熱素子18との接続部とほぼ点対称となる位置に設けられている。なお、ここでの平面視とは、振動素子15の主面に対して垂直方向から見た状態をいう。
また、支持部30は、パッケージ13を形成する構成の一部として、例えば底板11上に、他の基板を一層配置することによって板状の段部を形成し、この段部の一部を支持部30として用いてもよい。
図4(a)、(b)に示す支持部の変形例1は、振動デバイス1のパッケージ13を構成する底板11と側壁12との間にもう一層の枠板12aを設ける。枠板12aは、底板11などと同様な材質、製法で形成することができる。枠板12aは、振動素子15の位置する側の底板11上の内部空間14に延在し、振動素子15の端部に僅かにかかる位置で段差となった段部となるように配置されている。この延在されている枠板12aの段部上面の一部に振動素子15の一部がかかるようにして、接触部B1を設ける。この場合において、図中斜線部で示している段部と振動素子15とが重なる(接触する)領域が、接触部B1となる。変形例1の支持部における枠板12aは、底板11などと同様な材質、製法で形成することができるため、容易に簡便に支持部を設けることができる。
図4(c)、(d)に示す支持部の変形例2は、振動デバイス1のパッケージ13を構成する底板11と側壁12との間にもう一層の枠板12aを設ける。枠板12aには、側壁12と重なる部分に設けられている側壁部12bと、側壁部12bと離間して配置され、底板11上に配置される段部12cが設けられている。枠板12aは、段部12cを含み、底板11などと同様な材質、製法で形成することができる。段部12cは、振動素子15の位置する側の底板11上の内部空間14にあって、振動素子15の端部に僅かにかかる位置が段差となるように配置されている。この段部12cの上面の一部に振動素子15の一部がかかるようにして、接触部B1を設ける。この場合において、図中斜線部で示している段部と振動素子15とが重なる(接触する)領域が、接触部B1となる。変形例2の支持部としての段部12cを構成する枠板12aは、底板11などと同様な材質、製法で形成することができるため、容易に簡便に支持部を設けることができる。また、段部12cが、側壁部12bと離間して設けられているため、振動素子15の熱(熱エネルギー)が、側壁部12bに逃げること(熱損失)を抑制することができる。
図1に加え、図2(a)、(b)、(c)も参照しながら振動素子15の発熱素子18への接続について説明する。振動素子15は、パッケージ13の側壁12に囲まれた凹部内に収納され、底板11に接着剤などによって固定された発熱素子18の熱伝導層19上に導電性接着剤20を用いて接続されている(図1参照)。振動素子15は、裏の主面側の接続電極29の一部と熱伝導層19の一部とが対向するように配置され、導電性接着剤20が介在する領域である接続部A1(図中斜線部で示す)、および側端面に導電性接着剤20が介在する領域である接続部A2(図中斜線部で示す)を有している。そして、振動素子15は、この2つの接続部A1と接続部A2とを加えた接続領域で、発熱素子18の熱伝導層19上に接続されている。
リッド26は、板状の部材であり、パッケージ13の上面に開放する凹部の開口を塞いでいる。リッド26は、凹部の開口の周囲を、例えばシーム溶接法などを用いて接合されている。本例のリッド26は、板状であるため、形成が行い易く、さらには形状の安定性にも優れる。また、本例のリッド26には、コバールの板材が用いられている。リッド26にコバールの板を用いることで封止の際に、コバールで形成されているシームリング23とリッド26とが同じ溶融状態で溶融され、さらには合金化もされ易いため封止を容易に、且つ確実に行うことができる。なお、リッド26には、コバールに換えて他の材料の板材を用いてもよく、例えば、42アロイ、ステンレス鋼などの金属材料、またはパッケージ13の側壁12と同材料などを用いることができる。
次に、図5を用い、本発明の第2実施形態に係る振動デバイスについて説明する。図5は、本発明の第2実施形態に係る振動デバイスの概略を示し、(a)は平面図であり、(b)は正断面図である。なお、図5(a)では、蓋部材を省略(透視)している。
図5(a)、(b)に示す振動デバイス50は、振動素子15と、振動素子15を収納するパッケージ13と、振動素子15と接続され振動素子15を加熱する発熱部としての発熱素子18と、パッケージ13に設けられ振動素子15と接触する二つの支持部30a、30bと、パッケージ13との間に内部空間(収納空間)14を形成する蓋体としてのリッド26とを有している。なお、振動素子15、パッケージ13、発熱素子18、およびリッド26については、前述の第1実施形態の振動デバイス1と同様な構成であるため、その説明は省略する。以下の説明では、第1実施形態の振動デバイス1と異なる構成の、支持部30a、30bと振動素子15の接触部B2、B3、および振動素子15と発熱素子18との接続を中心に説明する。
本第2実施形態の振動デバイス50では、パッケージ13の底板11の上面に2つの支持部30a、30bが設けられている。支持部30a、30bは、略四角柱状をなしており、上端面が振動素子15と接触している。図5(a)に斜線部で示している支持部30aの上端面と振動素子15とが接触している領域を振動素子15の接触部B2とする。同様に、図5(a)に斜線部で示している支持部30bの上端面と振動素子15とが接触している領域を振動素子15の接触部B3とする。
前述の第1実施形態と同様に、振動素子15は、パッケージ13の側壁12に囲まれた凹部内に収納され、底板11に樹脂接着剤(図示せず)などによって固定された発熱素子18の熱伝導層19上に導電性接着剤20を用いて接続されている。振動素子15は、裏の主面側の接続電極29の一部と熱伝導層19の一部とが対向するように配置され、導電性接着剤20が介在する領域である接続部A1(図中斜線部で示す)、および側端面に導電性接着剤20が介在する領域である接続部A2(図2に示す斜線部を参照)を有している。そして、振動素子15は、この2つの接続部A1と接続部A2とを加えた接続領域で、発熱素子18の熱伝導層19上に接続されている。
次に、図6、および図7を用い、本発明の第3実施形態に係る振動デバイスについて説明する。図6は、本発明の第3実施形態に係る振動デバイスの概略を示し、(a)は平面図であり、(b)は正断面図である。なお、図6(a)では、蓋部材を省略(透視)している。図7は、第3実施形態に係る振動デバイスの接続部の詳細を示す部分拡大図であり、(a)は左側面図、(b)は平面図、(c)は正断面図である。
図6(a)、(b)に示す振動デバイス60は、振動素子15と、振動素子15を収納するパッケージ13と、振動素子15と接続され振動素子15を加熱する発熱部としての発熱素子18と、パッケージ13に設けられ振動素子15と接触する二つの支持部30a、30bと、パッケージ13との間に内部空間(収納空間)14を形成する蓋体としてのリッド26とを有している。なお、振動素子15、パッケージ13、発熱素子18、支持部30a、30b、およびリッド26については、前述の第2実施形態の振動デバイス50と同様な構成であるため、その説明は省略する。以下の説明では、第2実施形態の振動デバイス50と異なる構成の、振動素子15と発熱素子18との接続を中心に説明する。
前述の第2実施形態と同様に、振動素子15は、パッケージ13の側壁12に囲まれた凹部内に収納され、底板11に樹脂接着剤(図示せず)などによって固定された発熱素子18の熱伝導層19上に接続されている。振動素子15は、裏の主面側の接続電極29の一部と熱伝導層19の一部とが対向するように配置され、例えば、超音波共晶合金法などによる接続電極29と熱伝導層19との直接接合によって発熱素子18上に接続されている。ここで、接続電極29と熱伝導層19との直接接合が行われている、図中斜線部で示す領域が接続部A3となる。
次に、図8を用い、本発明の第4実施形態に係る振動デバイスとしての発振器について説明する。図8は、本発明の第4実施形態に係る振動デバイスとしての発振器の概略を示す正断面図である。なお、以下の説明では、前述した実施形態と同じ構成については、同符号を付してその詳細な説明は省略する。
図8に示す第4実施形態に係る振動デバイスとしての発振器200は、収納空間(内部空間224)としての凹部を有する第2パッケージ203と、凹部の開口を塞ぐ蓋部材としてのリッド214とを備えている。第2パッケージ203の収納空間には、振動デバイス1と、振動デバイス1などを制御する回路素子110などが収納されている。振動デバイス1は、外部接続電極31を介し、複数の接続板205によって第2パッケージ203の凹部底面に設けられた電極215に接続されている。振動子1と第2パッケージ203の凹部底面との間は、離間している。そして、離間した振動デバイス1と第2パッケージ203の凹部底面との間の第2パッケージ203の凹部底面には、回路素子110が接続されている。以下、振動デバイス1、第2パッケージ203、回路素子110について順次詳細に説明する。
振動デバイス1は、前述した第1実施形態の構成に対応している。したがって、本実施形態での説明は省略する。本構成では、第1実施形態の振動デバイス1を用いて説明するが、他の実施形態の振動デバイス50、60を用いてもよい。振動デバイス1は、例えばリードフレームを用いて形成された複数の接続板205によって第2パッケージ203の凹部底面に設けられた電極215に接続されている。このように、振動デバイス1と第2パッケージ203の凹部底面との間が離間している、所謂2段構造とすることにより、恒温状態で制御されている振動デバイス1の熱量(温度)が、パッケージ203に直接伝わることが無く、接続板205を介しての伝導となる。これにより、振動デバイス1の恒温性が高まるとともに、加熱エネルギーを抑制した効率的な温度制御を行うことができる。
ベース基板としての第2パッケージ203は、底板201と、底板201の表面周縁部に設けられている枠状の側壁202と、側壁202の上面に設けられている接合材としてのシームリング213と、シームリング213を介して側壁202の上面に接合されている蓋部材としてのリッド214とを有している。第2パッケージ203は、振動デバイス1、回路素子110などを収納するものである。
回路素子110は、振動デバイス1と底板201との間に配置され、底板201に導電性接着剤(図示せず)などによって接続されている。回路素子110は、例えば振動デバイス1の振動素子15を発振させる発振回路、あるいは振動デバイス1内に収納されている発熱素子18(図1参照)の温度制御を行う制御回路などを備えている。なお、発熱素子18(図1参照)の温度制御は、振動素子15の温度を一定に保つ、所謂恒温機能として行われるものである。回路素子110の能動面には図示しないパッド電極が設けられており、このパッド電極と、第2パッケージ203の底部を構成する底板201に設けられている電極211とが金属配線(ボンディングワイヤー)112によって電気的導通をとって接続されている。なお、図示しないが、電極211は、振動デバイス1などの各構成部位と電気的に接続されている。
リッド214は、板状の部材であり、第2パッケージ203の上面に開放する凹部の開口を塞ぎ、凹部の開口の周囲を、例えばシーム溶接法などを用いて接合されている。本例のリッド214は、板状であるため、形成が行い易く、さらには形状の安定性にも優れる。また、本例のリッド214には、コバールの板材が用いられている。リッド214にコバールを用いることで封止の際に、コバールで形成されているシームリング213とリッド214とが同じ溶融状態で溶融され、さらには合金化もされ易いため、封止を容易に、且つ確実に行うことができる。なお、リッド214には、コバールに換えて他の材料の板材を用いてもよく、例えば、42アロイ、ステンレス鋼などの金属材料、または第2パッケージ203の側壁202と同材料などを用いることができる。
次いで、本発明の一実施形態に係る振動デバイス1、50、60、発振器200を適用した電子機器について、図9〜図11に基づき、詳細に説明する。なお、説明では、振動素子15を備えた振動デバイス1を適用した例を示している。
図12は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車506には本発明に係る振動デバイス1が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車506には振動デバイス1を内蔵してタイヤ509などを制御する電子制御ユニット508が車体507に搭載されている。また、振動デバイス1は、他にも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。
Claims (7)
- ベース基板と、
前記ベース基板に設けられている発熱部と、
前記発熱部に固定されている接続部を有している振動片と、
平面視で、前記振動片の前記接続部とは異なる領域である接触部に接触しており、かつ前記ベース基板に設けられている支持部と、を備え、
前記接続部の面積が、前記接触部の面積より大きいことを特徴とする振動デバイス。 - 前記接触部は、
前記振動片の重心が、平面視で、前記接続部と前記接触部との間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の振動デバイス。 - 前記接触部は、
平面視で、前記接続部と前記振動片の重心とを通る仮想線の両側に少なくとも一つずつが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の振動デバイス。 - 前記支持部は、
前記ベース基板よりも熱伝導率の小さい材質を含み構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の振動デバイス。 - 前記発熱部は、
発熱体、および前記発熱体と接続され、前記発熱体と中間層を介して対向して設けられている熱伝導層を含み、
前記振動片の一部は、前記熱伝導層と接続されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の振動デバイス。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えていることを特徴とする移動体。
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