(57)【要約】【課題】振動素子に生じる応力を低減できる振動デバイスを提供すること、また、この振動デバイスを備える電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】振動デバイスは、振動素子と、回路素子と、前記振動素子と前記回路素子との間に配置されている中継基板と、前記振動素子、前記回路素子および前記中継基板を収納しているパッケージと、前記パッケージと前記回路素子とを接続しているボンディングワイヤーと、前記回路素子と前記中継基板とを接合している第１金属バンプと、前記中継基板と前記振動素子とを接合している第２金属バンプと、を備える。【選択図】図１
2019169796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動素子と、
回路素子と、
前記振動素子と前記回路素子との間に配置されている中継基板と、
前記振動素子、前記回路素子および前記中継基板を収納しているパッケージと、
前記パッケージと前記回路素子とを接続しているボンディングワイヤーと、
前記回路素子と前記中継基板とを接合している第１金属バンプと、
前記中継基板と前記振動素子とを接合している第２金属バンプと、を備えることを特徴とする振動デバイス。
【請求項２】
前記回路素子は、前記ボンディングワイヤーによって前記パッケージから浮いた状態で支持されている請求項１に記載の振動デバイス。
【請求項３】
前記パッケージは、
凹部を有するベースと、
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と、を有し、
前記回路素子は、その能動面を前記リッド側に向けて配置されている請求項１または２に記載の振動デバイス。
【請求項４】
前記中継基板は、前記回路素子よりも前記リッド側に位置し、
前記振動素子は、前記中継基板よりも前記リッド側に位置している請求項３に記載の振動デバイス。
【請求項５】
前記回路素子と前記ボンディングワイヤーとの接続部は、前記中継基板の厚さ方向から見たとき、前記中継基板および前記振動素子と重ならない請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動デバイス。
【請求項６】
前記第２金属バンプは、前記中継基板の厚さ方向から見たとき、前記第１金属バンプと重ならない請求項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７】
前記中継基板は、
前記第１金属バンプを介して前記回路素子に接合されている枠状の支持部と、
前記支持部の内側に位置し、前記第２金属バンプを介して前記振動素子が接合されている基部と、
前記支持部と前記基部とを接続している梁部と、を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動デバイス。
【請求項８】
前記中継基板は、
前記第１金属バンプを介して前記回路素子に接合されている枠状の支持部と、
前記支持部の内側に位置し、前記第２金属バンプを介して前記振動素子が接合されている基部と、
前記支持部の内側に位置し、前記基部を囲むように配置されている枠状の中継部と、
前記基部と前記中継部とを第１軸に沿って接続している第１梁部と、
前記中継部と前記支持部とを前記第１軸と交差する第２軸に沿って接続している第２梁部と、を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動デバイス。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の振動デバイスを備えることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば水晶発振器に代表されるように、振動素子および回路素子を備える振動デバイスが知られている。例えば、特許文献１に記載の表面実装型水晶発振器は、水晶振動片と集積回路素子と、これらを配置して保持するベースと、ベースと接合して水晶振動片と集積回路素子を気密封止するための蓋を含む。ここで、集積回路素子は、ベースおよび水晶振動片に対してそれぞれ金属バンプを介して接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３４７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の表面実装型水晶発振器では、振動片と集積回路素子とが金属バンプにより接合されているため、これらの線膨張係数差等に起因して、振動片に生じる応力が大きくなり、周波数温度特性等の特性を悪化させてしまうという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、振動素子と、
回路素子と、
前記振動素子と前記回路素子との間に配置されている中継基板と、
前記振動素子、前記回路素子および前記中継基板を収納しているパッケージと、
前記パッケージと前記回路素子とを接続しているボンディングワイヤーと、
前記回路素子と前記中継基板とを接合している第１金属バンプと、
前記中継基板と前記振動素子とを接合している第２金属バンプと、を備える振動デバイスである。
【０００６】
本発明の一態様では、前記回路素子は、前記ボンディングワイヤーによって前記パッケージから浮いた状態で支持されていることが好ましい。
【０００７】
本発明の一態様では、前記パッケージは、
凹部を有するベースと、
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と、を有し、
前記回路素子は、その能動面を前記リッド側に向けて配置されていることが好ましい。
【０００８】
本発明の一態様では、前記中継基板は、前記回路素子よりも前記リッド側に位置し、
前記振動素子は、前記中継基板よりも前記リッド側に位置していることが好ましい。
【０００９】
本発明の一態様では、前記回路素子と前記ボンディングワイヤーとの接続部は、前記中継基板の厚さ方向から見たとき、前記中継基板および前記振動素子と重ならないことが好ましい。
【００１０】
本発明の一態様では、前記第２金属バンプは、前記中継基板の厚さ方向から見たとき、前記第１金属バンプと重ならないことが好ましい。
【００１１】
本発明の一態様では、前記中継基板は、
前記第１金属バンプを介して前記回路素子に接合されている枠状の支持部と、
前記支持部の内側に位置し、前記第２金属バンプを介して前記振動素子が接合されている基部と、
前記支持部と前記基部とを接続している梁部と、を有することが好ましい。
【００１２】
本発明の一態様では、前記中継基板は、
前記第１金属バンプを介して前記回路素子に接合されている枠状の支持部と、
前記支持部の内側に位置し、前記第２金属バンプを介して前記振動素子が接合されている基部と、
前記支持部の内側に位置し、前記基部を囲むように配置されている枠状の中継部と、
前記基部と前記中継部とを第１軸に沿って接続している第１梁部と、
前記中継部と前記支持部とを前記第１軸と交差する第２軸に沿って接続している第２梁部と、を有することが好ましい。
【００１３】
本発明の一態様は、本発明の一態様の振動デバイスを備える電子機器である。
【００１４】
本発明の一態様は、本発明の一態様の振動デバイスを備える移動体である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第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】図１の振動デバイスを示す上面図である。
【図３】中継基板を示す上面図である。
【図４】中継基板を示す下面図である。
【図５】中継基板の変形例を示す上面図である。
【図６】中継基板の変形例を示す上面図である。
【図７】振動素子を示す上面図である。
【図８】振動素子を示す下面図である。
【図９】水晶のカット角を説明する図である。
【図１０】中継基板と振動素子の結晶軸の関係を示す上面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第７実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一態様の振動デバイス、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。
【００１７】
＜第１実施形態＞
まず、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。
【００１８】
図１は、本発明の第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上面図である。図３は、中継基板を示す上面図である。図４は、中継基板を示す下面図である。図５および図６は、それぞれ、中継基板の変形例を示す上面図である。図７は、振動素子を示す上面図である。図８は、振動素子を示す下面図である。図９は、水晶のカット角を説明する図である。図１０は、中継基板と振動素子の結晶軸の関係を示す上面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」とも言い、下側を「下」とも言う。
【００１９】
図１および図２に示すように、振動デバイス１は、振動素子２と、中継基板３と、回路素子４と、これらを収納するパッケージ５と、を有する。パッケージ５内では、回路素子４の上方に中継基板３が位置し、中継基板３の上方に振動素子２が位置しており、回路素子４、中継基板３および振動素子２がパッケージ５の厚さ方向に沿って重なって配置されている。このように、回路素子４、中継基板３および振動素子２を重ねて配置することにより、振動デバイス１の平面的な広がりを抑えることができ、振動デバイス１の小型化を図ることができる。
【００２０】
また、振動素子２は、中継基板３に支持されており、中継基板３は、回路素子４に支持されている。このように、振動素子２と回路素子４との間に中継基板３を介在させることにより、例えば、回路素子４の熱撓み等に起因した応力が振動素子２に伝わり難くなり、振動素子２の振動特性の低下を抑制することができる。以下、このような振動デバイス１の各部について順次詳細に説明する。
【００２１】
［パッケージ］
図１に示すように、パッケージ５は、内側に収納空間Ｓを有しており、この収納空間Ｓに振動素子２、中継基板３および回路素子４が収納されている。そのため、パッケージ５によって振動素子２、中継基板３および回路素子４を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。このようなパッケージ５は、２つの主面である上面５１ａおよび下面５１ｂを有し、上面５１ａに開口する凹部５１１を有するベース５１と、凹部５１１の開口を塞ぐようにしてベース５１の上面５１ａに接合されたリッド５２と、を有する。
【００２２】
凹部５１１は、ベース５１の上面５１ａに開口する第１凹部５１１ａと、第１凹部５１１ａの底面に開口する第２凹部５１１ｂと、を有する。リッド５２は、板状であり、凹部５１１の開口を塞ぐようにしてベース５１の上面５１ａに接合されている。このように、凹部５１１の開口をリッド５２で塞ぐことにより収納空間Ｓが形成され、この収納空間Ｓに振動素子２、中継基板３および回路素子４が収納されている。収納空間Ｓは、気密封止され、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２を安定して駆動させることができる。ただし、収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、大気圧となっていてもよい。
【００２３】
ベース５１の構成材料としては特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム等の各種セラミックスを用いることができる。この場合、セラミックシートの積層体を焼成することによりベース５１を製造することができる。一方、リッド５２の構成材料としては特に限定されないが、ベース５１の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース５１の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。
【００２４】
また、ベース５１は、第１凹部５１１ａの底面に配置された複数の内部端子５３と、ベース５１の下面５１ｂに配置された複数の外部端子５４と、を有する。複数の内部端子５３は、それぞれ、ベース５１の内部に形成された図示しない内部配線を介して所定の外部端子５４と電気的に接続されている。また、複数の内部端子５３は、ボンディングワイヤーＢＷを介して回路素子４と電気的に接続されている。なお、図示の構成では、内部端子５３が８つ設けられているが、内部端子５３の数は、特に限定されない。
【００２５】
［回路素子］
回路素子４は、例えば、シリコン基板上に各種回路要素が作り込まれた半導体回路基板であり、例えば、振動素子２を発振させる発振回路が含まれている。また、回路素子４は、図１に示すように、能動面４０を上側すなわちリッド５２側に向けてパッケージ５内に配置されている。そして、回路素子４は、第１凹部５１１ａの底面にボンディングワイヤーＢＷを介して接続されている。回路素子４は、ボンディングワイヤーＢＷに吊られ、ベース５１から浮遊した状態で、すなわち、第２凹部５１１ｂの底面との間には空隙Ｇを形成した状態で、ベース５１に支持されている。このように、回路素子４をベース５１から浮遊させることにより、パッケージ５の熱撓み等による変形（応力）が回路素子４に伝わり難くなる。そのため、振動素子２に応力がより伝わり難くなり、振動素子２の振動特性の低下を抑制することができる。
【００２６】
また、図２に示すように、回路素子４は、能動面４０に配置された複数の端子４１、４２を有しており、このうち、複数の端子４１は、それぞれ、ボンディングワイヤーＢＷを介して所定の内部端子５３と電気的に接続されている。ここで、前述したように、回路素子４の能動面４０がリッド５２側を向いているため、凹部５１１の開口側からキャピラリーを能動面４０に押し付けることができ、ボンディングワイヤーＢＷによる回路素子４とベース５１との接続が容易となる。
【００２７】
ここで、中継基板３は、回路素子４よりもリッド５２側に位置し、振動素子２は、中継基板３よりもリッド５２側に位置している。これにより、例えば、ボンディングワイヤーＢＷの高さを確保するためのスペースを利用して、中継基板３および振動素子２を配置することができる。言い換えると、中継基板３および振動素子２を回路素子４の上方に配置することにより形成されるスペースを利用して、ボンディングワイヤーＢＷを配置することができる。そのため、振動デバイス１の小型化、特に低背化を図ることができる。
【００２８】
また、各端子４１は、中継基板３の厚さ方向から見たとき、中継基板３および振動素子２と重ならないように配置されている。すなわち、各端子４１は、中継基板３の厚さ方向から見たとき、中継基板３および振動素子２の外側に位置している。これにより、端子４１にキャピラリーを容易に押し付けることができ、回路素子４とボンディングワイヤーＢＷとの接続を容易に行うことができる。
【００２９】
なお、回路素子４をパッケージ５に対して吊るためのボンディングワイヤーＢＷの全部または一部は、電気的に有効なものであってもよいし、ダミー（例えば、非通電のもの）であってもよい。また、回路素子４をベース５１から浮いた状態にするには、例えば、接着剤を用いて回路素子４をベース５１に仮支持させた上でボンディングワイヤーＢＷを接続し、その後、接着剤を溶解させるなどして除去すればよい。
【００３０】
［中継基板］
図１に示すように、中継基板３は、回路素子４と振動素子２との間に介在している。このような中継基板３は、主に、回路素子４の変形により生じる応力を振動素子２に伝わり難くする機能を有する。
【００３１】
図３および図４に示すように、中継基板３は、基板３１と、基板３１に配置された一対の配線３８、３９と、を有する。また、基板３１は、ジンバル形状となっている。具体的には、基板３１は、第１金属バンプＢ１を介して回路素子４に固定された枠状の支持部３２と、支持部３２の内側に位置する枠状の中継部３３と、中継部３３の内側に位置し、第２金属バンプＢ２を介して振動素子２が固定された基部３４と、支持部３２と中継部３３とを接続する一対の梁部３５１、３５２（第２梁部）と、中継部３３と基部３４とを接続する一対の梁部３６１、３６２（第１梁部）と、を有する。
【００３２】
支持部３２は、矩形の枠状となっており、４つの延在部３２１、３２２、３２３、３２４を有する。そして、支持部３２は、延在部３２１、３２２の延在方向の中央部において、それぞれ２つの第１金属バンプＢ１を介して回路素子４の能動面４０に固定されている。このように、支持部３２の両側を回路素子４に固定することにより、中継基板３の姿勢が安定し、中継基板３の不要な変位、振動等を抑制することができる。ただし、第１金属バンプＢ１の数や配置としては、特に限定されず、例えば、支持部３２の各角部に配置されていてもよい。
【００３３】
接合部材として第１金属バンプＢ１を用いて中継基板３と回路素子４とを接合することにより、例えば、接合部材として導電性の樹脂材料を用いて接合する場合と比べて、接合部材からのアウトガスが低減され、収納空間Ｓ内の環境変化、特に圧力の上昇を効果的に抑制することができる。そのため、環境変化に伴う振動素子２の振動特性の変動を効果的に抑制することができる。
【００３４】
第１金属バンプＢ１は、平面視で、円形をなしている。なお、第１金属バンプＢ１の形状は、図示の形状に限定されず、例えば、円柱状、多角柱状、円錐台状等であってもよい。また、第１金属バンプＢ１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）等の金属またはその合金、無鉛はんだ、有鉛はんだ等が挙げられる。また、第１金属バンプＢ１は、例えば、メッキ法、ボンディング法等を用いて形成することができ、圧接、加熱加圧または超音波併用加熱圧接等により接合を行うことができる。
【００３５】
支持部３２の内側に位置する中継部３３は、矩形の枠状となっており、４つの延在部３３１、３３２、３３３、３３４を有する。中継部３３の内側に位置する基部３４は、矩形の板状となっており、４つの縁部３４１、３４２、３４３、３４４を有する。
【００３６】
また、一対の梁部３６１、３６２は、基部３４の両側に位置し、基部３４を両持ち支持するように、基部３４と中継部３３とを接続している。具体的には、梁部３６１は、延在部３３１と縁部３４１の延在方向の中央部同士を接続し、梁部３６２は、延在部３３２と縁部３４２の延在方向の中央部同士を接続している。そのため、基部３４は、中継部３３に対して、一対の梁部３６１、３６２で形成される第１軸Ｌ１に沿って支持されている。
【００３７】
また、一対の梁部３５１、３５２は、中継部３３の両側に位置し、中継部３３を両持ち支持するように、中継部３３と支持部３２とを接続している。具体的には、梁部３５１は、延在部３２３、３３３の延在方向の中央部同士を接続し、梁部３５２は、延在部３２４、３３４の延在方向の中央部同士を接続している。そのため、中継部３３は、支持部３２に対して、一対の梁部３５１、３５２で形成され、第１軸Ｌ１と交差する第２軸Ｌ２に沿って支持されている。
【００３８】
このような構成の基板３１によれば、回路素子４に固定されている支持部３２から振動素子２が固定されている基部３４までの応力の伝達経路を蛇行させることができ、前記伝達経路をなるべく長く確保することができる。また、支持部３２や中継部３３が変形し易いものとなる。そのため、回路素子４の変形により生じる応力が支持部３２から基部３４までの間に効果的に吸収・緩和される。したがって、振動素子２の駆動特性の変化、特に振動周波数の変動が起き難く、振動素子２は、優れた振動特性を発揮することができる。
【００３９】
特に、本実施形態では、中継基板３の平面視で、第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２とが直交しており、第１軸Ｌ１と第２軸Ｌ２との交点が基板３１の中心Ｏと一致している。これにより、中継部３３が支持部３２にバランスよく支持され、基部３４が中継部３３にバランスよく支持される。
【００４０】
以上のような基板３１は、水晶で構成されており、水晶基板をウェットエッチングによりパターニングすることにより形成されている。本実施形態では、基板３１は、Ｚカット水晶基板から形成されており、基板３１の両主面の法線が水晶の結晶軸であるＺ軸（光軸）と一致している。Ｚ軸は、水晶の他の結晶軸であるＸ軸（電気軸）およびＹ軸（機械軸）と比べて優先的にエッチングが進むため、Ｚカット水晶基板から基板３１を形成することにより、エッチング時間を短縮することができる。また、エッチング面（エッチングにより形成された側面）がより急峻となるため、優れた寸法精度で中継基板３を形成することもできる。
【００４１】
なお、Ｚカット水晶板とは、切り出し面がＺ軸に対して略直交したものをいい、このＺ軸に直交した切り出し面が、Ｘ軸のプラス側から見てＹ軸からＺ軸の方向へ反時計回りまたは時計回りに０度〜数度の範囲で回転した状態で切り出されたものも含まれる。ただし、基板３１としては、特に限定されず、Ｚ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、ＡＴ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。
【００４２】
配線３８は、支持部３２と基部３４とに亘って引き回され、その一端部が支持部３２に位置する端子３８１となっており、他端部が基部３４に位置する端子３８２となっている。同様に、配線３９は、支持部３２と基部３４とに亘って引き回され、その一端部が支持部３２に位置する端子３９１となっており、他端部が基部３４に位置する端子３９２となっている。そして、端子３８１、３９１は、それぞれ、第１金属バンプＢ１を介して回路素子４の端子４２と電気的に接続されており、端子３８２、３９２は、第２金属バンプＢ２を介して振動素子２と電気的に接続されている。
【００４３】
以上、中継基板３について説明したが、中継基板３の構成としては、上述の構成に限定されない。例えば、図５に示すように、基板３１は、中継部３３および梁部３６１、３６２が省略され、基部３４が梁部３５１、３５２を介して支持部３２に接続された構成となっていてもよい。また、図６に示すように、基板３１は、ジンバル形状ではなく単板状となっていてもよい。
【００４４】
また、支持部３２および中継部３３は、それぞれ、枠状をなしているが、その周方向の一部が欠損していてもよい。また、第１、第２軸Ｌ１、Ｌ２は、９０°よりも小さい角度で交差していてもよいし、第１、第２軸Ｌ１、Ｌ２の交点は、基板３１の中心Ｏと一致していなくてもよい。また、一対の梁部３５１、３５２の一方を省略してもよいし、一対の梁部３６１、３６２の一方を省略してもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、基板３１は、水晶により構成されているが、基板３１の構成材料としては、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（単結晶体の圧電材料）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により構成されていてもよい。また、その他の材料、例えば、樹脂材料、金属材料、ガラス材料等により構成されていてもよい。
【００４６】
［振動素子］
振動素子２は、図７および図８に示すように、水晶基板から形成された振動基板２１と、振動基板２１に配置されている電極２２と、を有する。振動基板２１は、主振動としての厚みすべり振動を有し、本実施形態では、ＡＴカット水晶基板から形成されている。図９に示すように、ＡＴカット水晶基板は、ＸＺ面をＸ軸の回りに角度θ（＝３５°１５’）回転させた平面に沿って切り出された「回転Ｙカット水晶基板」である。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、ＡＴカット水晶基板から振動基板２１を形成することにより優れた温度特性を有する振動素子２となる。なお、以下では、角度θに対応してＸ軸まわりに回転したＹ軸およびＺ軸を、Ｙ’軸およびＺ’軸とする。すなわち、振動基板２１は、Ｙ’軸方向に厚みを有し、ＸＺ’面方向に広がりを有する。
【００４７】
このような振動基板２１は、平面視において矩形をなしている。なお、本実施形態では、振動基板２１は、Ｘ軸方向を長手とする長方形であるが、これに限定されず、Ｚ’軸方向を長手とする長方形であってもよいし、正方形であってもよい。また、振動基板２１の平面視形状は、矩形に限定されず、例えば、円形、長円形、楕円形、矩形以外の四角形、五角形以上の多角形であってもよい。
【００４８】
また、電極２２は、振動基板２１の上面２１１に配置された第１励振電極２２１と、下面２１２に、第１励振電極２２１と対向して配置された第２励振電極２２２と、を有する。また、電極２２は、振動基板２１の下面２１２に配置された第１電極パッド２２３および第２電極パッド２２４を有する。また、電極２２は、第１電極パッド２２３と第１励振電極２２１とを電気的に接続する第１配線２２５と、第２電極パッド２２４と第２励振電極２２２とを電気的に接続する第２配線２２６と、を有する。そして、第１、第２電極パッド２２３、２２４を介して第１、第２励振電極２２１、２２２間に駆動信号を印加することにより、振動基板２１が厚みすべり振動する。
【００４９】
このような振動素子２は、一対の第２金属バンプＢ２を介して中継基板３の基部３４に固定されている。また、振動素子２の第１電極パッド２２３と中継基板３の端子３８２とが一方の第２金属バンプＢ２を介して電気的に接続されており、振動素子２の第２電極パッド２２４と中継基板３の端子３９２とが他方の第２金属バンプＢ２を介して電気的に接続されている。そのため、振動素子２は、中継基板３の配線３８、３９を介して回路素子４と電気的に接続されている。このように、第２金属バンプＢ２によって、振動素子２と中継基板３との機械的な接続と電気的な接続とを行うことにより、振動デバイス１の部品点数の削減を図ることができ、振動デバイス１の小型化を図ることができる。
【００５０】
このように、接合部材として第２金属バンプＢ２を用いて振動素子２と中継基板３とを接合することにより、例えば、接合部材として導電性の樹脂材料を用いて接合する場合と比べて、接合部材からのアウトガスが低減され、収納空間Ｓ内の環境変化、特に圧力の上昇を効果的に抑制することができる。そのため、環境変化に伴う振動素子２の振動特性の変動を効果的に抑制することができる。
【００５１】
また、第２金属バンプＢ２は、中継基板３の厚さ方向から見たとき、第１金属バンプＢ１と重ならないように配置されている。これにより、振動素子２に生じる応力をより低減することができる。
【００５２】
第２金属バンプＢ２は、平面視で、円形をなしている。なお、第２金属バンプＢ２の形状は、図示の形状に限定されず、例えば、円柱状、多角柱状、円錐台状等であってもよい。また、第２金属バンプＢ２の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）等の金属またはその合金、無鉛はんだ、有鉛はんだ等が挙げられる。また、第２金属バンプＢ２は、例えば、メッキ法、ボンディング法等を用いて形成することができ、圧接、加熱加圧または超音波併用加熱圧接等により接合を行うことができる。
【００５３】
ここで、振動素子２は、振動モードとして、主振動である厚みすべり振動の他にも、例えば、屈曲振動、ねじり振動、輪郭振動等のスプリアス振動（不要振動）を有する。これらスプリアス振動が主振動の振動周波数に近い振動周波数を有していると、主振動にスプリアス振動が結合する場合がある。すなわち、主振動と共にスプリアス振動が励振されてしまう場合がある。そして、主振動とスプリアス振動との振動素子面内における変位分布の違いから、スプリアス振動に起因した振動が第２金属バンプＢ２付近に漏れることにより、振動素子２の振動特性が悪化する。
【００５４】
このように、振動素子２には振動特性の悪化に繋がるスプリアス振動が存在するが、第２金属バンプＢ２を用いて振動素子２と中継基板３とを接合することにより、例えば、従来から用いられている樹脂系の導電性接着剤を用いて振動素子２と中継基板３とを接合する場合と比べて、スプリアス振動の振動周波数のばらつきを抑えることができる。すなわち、スプリアス振動の振動周波数を精度よく制御することができる。これは、スプリアス振動の振動周波数は、振動素子２が固定されている部分、すなわち、振動素子２と中継基板３とを接合する接合部材の配置や大きさによって変化するが、接合部材として金属バンプを用いることにより、樹脂系の導電性接着剤を用いる場合と比べて、接合部材の配置や径を高精度に制御することができるためである。このように、スプリアス振動の振動周波数を精度よく制御することができれば、スプリアス振動の振動周波数を主振動の振動周波数から十分に離間させることができ、スプリアス振動の結合をより効果的に低減することができる。
【００５５】
以上、振動素子２について説明したが、振動素子２の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動素子２は、振動基板２１の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２１の周囲を研削するベベル加工や、上面２１１および下面２１２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。
【００５６】
また、振動素子２としては、厚みすべり振動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（音叉振動）する振動素子であってもよいし、複数の振動腕が面外方向に屈曲振動（ウォーク振動）する振動素子であってもよい。したがって、振動基板２１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。
【００５７】
また、振動基板２１の構成材料としては、水晶に限定されず、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（単結晶体の圧電材料）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により構成されていてもよい。
【００５８】
ここで、前述したように、中継基板３が備える基板３１および振動素子２が備える振動基板２１は、それぞれ、水晶から構成されている。これにより、中継基板３と振動素子２との熱膨張係数が実質的に等しくなり、周囲の温度変化による歪等の影響を受け難くなる。そのため、振動素子２に応力が加わり難くなり、振動素子２の振動特性の低下を低減することができる。
【００５９】
また、図１０に示すように、基板３１の結晶軸と振動基板２１の結晶軸とが互いにずれている。具体的には、基板３１のＸ軸は、振動基板２１のＸ軸と異なる方向に延び、基板３１のＹ軸は、振動基板２１のＹ軸と異なる方向に延び、基板３１のＺ軸は、振動基板２１のＺ軸と異なる方向に延びている。これにより、例えば、振動基板２１と基板３１との結晶軸が一致している場合と比べて、振動基板２１と基板３１との機械的共振点を離間させることができる。そのため、振動素子２の振動に共鳴するようにして中継基板３に意図しない共振モードが励起されてしまうことを抑制でき、中継基板３の共振モードによって振動素子２の振動特性が低下してしまうことを効果的に抑制することができる。
【００６０】
特に、本実施形態では、基板３１のＸ軸は、振動基板２１のＸ軸に対してＹ軸およびＺ軸の両軸まわりに傾斜しており、基板３１のＹ軸は、振動基板２１のＹ軸に対してＸ軸およびＺ軸の両軸まわりに傾斜しており、基板３１のＺ軸は、振動基板２１のＺ軸に対してＸ軸およびＹ軸の両軸まわりに傾斜している。すなわち、基板３１の結晶軸と、振動基板２１の結晶軸と、が捩じれの関係にある。そのため、上述した効果がより顕著となり、振動基板２１と基板３１との機械的共振点をより大きく離間させることができる。したがって、中継基板３の意図しない振動をより効果的に抑制でき、中継基板３の振動に起因した振動素子２の振動特性の低下をより効果的に抑制することができる。
【００６１】
本実施形態では、前述したように、振動基板２１のカット角と基板３１のカット角とを異ならせている。具体的には、振動素子２の振動基板２１がＡＴカット水晶基板から形成されているため、中継基板３の基板３１をＡＴカット水晶基板とは異なるＺカット水晶基板から形成している。このように、振動基板２１のカット角と基板３１のカット角とを異ならせることにより、簡単かつ確実に、基板３１の結晶軸と振動基板２１の結晶軸とを互いにずらすことができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、基板３１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が、それぞれ、振動基板２１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対して傾斜しているが、これに限定されず、例えば、基板３１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうちの２つの軸が振動基板２１の対応する軸に対して傾斜していれば、残りの１つの軸同士は、一致していてもよい。また、基板３１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が、それぞれ、振動基板２１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸と一致していてもよい。
【００６３】
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、振動素子２と、回路素子４と、振動素子２と回路素子４との間に配置されている中継基板３と、振動素子２、回路素子４および中継基板３を収納しているパッケージ５と、パッケージ５と回路素子４とを接続しているボンディングワイヤーＢＷと、回路素子４と中継基板３とを接合している第１金属バンプＢ１と、中継基板３と振動素子２とを接合している第２金属バンプＢ２と、を備える。このような振動デバイス１によれば、第１、第２金属バンプＢ１、Ｂ２およびボンディングワイヤーＢＷを用いることにより、樹脂材料を用いずにパッケージ５に対して振動素子２、中継基板３および回路素子４を実装することができる。そのため、パッケージ５の封止後に熱処理を行っても、パッケージ５内で樹脂材料から生じるガス（アウトガス）による問題を解決することができる。しかも、振動素子２が中継基板３を介して回路素子４に支持されることとなるため、金属バンプを用いても、振動素子２に生じる応力を低減することができる。さらには、回路素子４がボンディングワイヤーＢＷを介してパッケージ５に支持されているため、パッケージ５の変形等により生じる応力が回路素子４に伝わり難い。そのため、振動素子２に生じる応力をより効果的に低減することができる。
【００６４】
また、前述したように、回路素子４は、ボンディングワイヤーＢＷによってパッケージ５から浮いた状態で支持されている。すなわち、回路素子４は、パッケージ５と非接触で配置されている。これにより、パッケージ５の変形等により生じる応力が回路素子４にさらに伝わり難くなる。そのため、振動素子２に生じる応力をさらに効果的に低減することができる。
【００６５】
また、前述したように、パッケージ５は、凹部５１１を有するベース５１と、凹部５１１の開口を塞ぐようにベース５１に接合されているリッド５２と、を有する。そして、回路素子４は、その能動面４０をリッド５２側に向けて配置されている。このように、能動面４０をリッド５２側に向けて回路素子４を配置することにより、開口側からキャピラリーを能動面４０に押し付けることができ、ボンディングワイヤーＢＷによる回路素子４とベース５１との接続が容易となる。
【００６６】
また、前述したように、中継基板３は、回路素子４よりもリッド５２側に位置し、振動素子２は、中継基板３よりもリッド５２側に位置している。これにより、例えば、ボンディングワイヤーＢＷの高さを確保するためのスペースを利用して、中継基板３および振動素子２を配置することができる。言い換えると、中継基板３および振動素子２を回路素子４の上方に配置することにより形成されるスペースを利用して、ボンディングワイヤーＢＷを配置することができる。そのため、振動デバイス１の小型化、特に低背化を図ることができる。
【００６７】
また、前述したように、回路素子４とボンディングワイヤーＢＷとの接続部、すなわち端子４１は、中継基板３の厚さ方向から見たとき、中継基板３および振動素子２と重ならないように配置されている。これにより、端子４１にキャピラリーを容易に押し付けることができ、回路素子４とボンディングワイヤーＢＷとの接続を容易に行うことができる。
【００６８】
また、前述したように、第２金属バンプＢ２は、中継基板３の厚さ方向から見たとき、第１金属バンプＢ１と重ならないように配置されている。これにより、振動素子２に生じる応力をより低減することができる。
【００６９】
また、前述したように、中継基板３は、第１金属バンプＢ１を介して回路素子４に接合されている枠状の支持部３２と、支持部３２の内側に位置し、第２金属バンプＢ２を介して振動素子２が接合されている基部３４と、支持部３２と基部３４とを接続している梁部３５１、３５２、３６１、３６２と、を有する。中継基板３をこのような形状とすることにより、回路素子４からの応力が振動素子２に伝わり難くなる。そのため、振動素子２に生じる応力を効果的に低減することができる。
【００７０】
また、前述したように、中継基板３は、第１金属バンプＢ１を介して回路素子４に接合されている枠状の支持部３２と、支持部３２の内側に位置し、第２金属バンプＢ２を介して振動素子２が接合されている基部３４と、支持部３２の内側に位置し、基部３４を囲むように配置されている枠状の中継部３３と、基部３４と中継部３３とを第１軸Ｌ１に沿って接続している第１梁部としての梁部３６１、３６２と、中継部３３と支持部３２とを第１軸Ｌ１と交差する第２軸Ｌ２に沿って接続している第２梁部としての梁部３５１、３５２と、を有する。中継基板３をこのような形状とすることにより、回路素子４からの応力が振動素子２にさらに伝わり難くなる。そのため、振動素子２に生じる応力をより効果的に低減することができる。
【００７１】
＜第２実施形態＞
次に、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。
【００７２】
図１１は、本発明の第２実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
【００７３】
本実施形態に係る振動デバイスは、回路素子４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１１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。
【００７４】
図１１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４の下面が、第２凹部５１１ｂの底面と接触している。ただし、回路素子４の下面は、第２凹部５１１ｂの底面と接合されていない。すなわち、回路素子４は、第２凹部５１１ｂの底面に接合されることなく接触している。このような構成によれば、前述した第１実施形態と同様に、パッケージ５から回路素子４への応力の伝達を効果的に低減することができる。さらに、回路素子４が第２凹部５１１ｂの底面に接触することにより、ボンディングワイヤーＢＷにかかる負担が低減され、例えば、ボンディングワイヤーＢＷの断線や、端子４１からの離脱等を効果的に抑制することができる。
【００７５】
このような第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。なお、本実施形態では、回路素子４の下面の全域が第２凹部５１１ｂの底面と接触しているが、これに限定されず、回路素子４の下面の一部が第２凹部５１１ｂの底面と接触していてもよい。また、回路素子４は、接着剤等を介して第２凹部５１１ｂの底面と接合されていても良い。これにより、ボンディングワイヤーＢＷの接合に関して、確実性をより高めることができる。
【００７６】
＜第３実施形態＞
次に、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。
【００７７】
図１２は、本発明の第３実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
【００７８】
本実施形態に係る振動デバイスは、中継基板３および振動素子２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１２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。
【００７９】
図１２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３および振動素子２が回路素子４の下側、すなわち、第２凹部５１１ｂの底面側に位置している。なお、図示しないが、上記の配置に合わせて、端子４２が能動面４０とは反対側の下面に設けられている。
【００８０】
このような第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。
【００８１】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る電子機器について説明する。
【００８２】
図１３は、本発明の第４実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【００８３】
図１３に示すモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューター１１００は、本発明の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。この図において、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。このようなパーソナルコンピューター１１００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
【００８４】
このようなパーソナルコンピューター１１００（電子機器）は、振動デバイス１を有する。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。
【００８５】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る電子機器について説明する。
【００８６】
図１４は、本発明の第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【００８７】
図１４に示す携帯電話機１２００（ＰＨＳも含む）は、本発明の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。携帯電話機１２００は、アンテナ（図示せず）、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。このような携帯電話機１２００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
【００８８】
このような携帯電話機１２００（電子機器）は、振動デバイス１を有する。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。
【００８９】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る電子機器について説明する。
【００９０】
図１５は、本発明の第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【００９１】
図１５に示すデジタルスチールカメラ１３００は、本発明の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。ケース（ボディー）１３０２の背面には表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、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（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）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。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
【００９２】
このようなデジタルスチールカメラ１３００（電子機器）は、振動デバイス１を有する。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。
【００９３】
なお、本発明の電子機器は、前述したパーソナルコンピューター、携帯電話機およびデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、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）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、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、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、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、医療機器（例えば電子体温計、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）、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、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。
【００９４】
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係る移動体について説明する。
【００９５】
図１６は、本発明の第７実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
【００９６】
図１６に示す自動車１５００は、本発明の振動デバイスを備える移動体を適用した自動車である。自動車１５００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。振動デバイス１は、例えば、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。
【００９７】
このような自動車１５００（移動体）は、振動デバイス１を有する。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。
【００９８】
なお、移動体としては、自動車１５００に限定されず、例えば、飛行機、船舶、ＡＧＶ（無人搬送車）、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。
【００９９】
以上、本発明の振動デバイス、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、本発明は、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。
【０１００】
また、前述した実施形態では、振動デバイスを発振器に適用した構成について説明したが、これに限定されず、例えば、振動デバイスを加速度、角速度等の物理量を検出可能な物理量センサーに適用してもよい。この場合、振動素子２として駆動振動モードと、受けた物理量に応じて励振される検出振動モードとを有する素子を用い、回路素子４には、振動素子２を駆動振動モードで駆動させるための駆動回路と、振動素子２の検出振動モードから得られる信号に基づいて物理量を検出する検出回路とを形成すればよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１…振動デバイス、２…振動素子、２１…振動基板、２１１…上面、２１２…下面、２２…電極、２２１…第１励振電極、２２２…第２励振電極、２２３…第１電極パッド、２２４…第２電極パッド、２２５…第１配線、２２６…第２配線、３…中継基板、３１…基板、３２…支持部、３２１〜３２４…延在部、３３…中継部、３３１〜３３４…延在部、３４…基部、３４１〜３４４…縁部、３５１、３５２、３６１、３６２…梁部、３８、３９…配線、３８１、３８２、３９１、３９２…端子、４…回路素子、４０…能動面、４１、４２…端子、５…パッケージ、５１…ベース、５１ａ…上面、５１ｂ…下面、５１１…凹部、５１１ａ…第１凹部、５１１ｂ…第２凹部、５２…リッド、５３…内部端子、５４…外部端子、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、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、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、１５００…自動車、Ｂ１…第１金属バンプ、Ｂ２…第２金属バンプ、ＢＷ…ボンディングワイヤー、Ｇ…空隙、Ｌ１…第１軸、Ｌ２…第２軸、Ｏ…中心、Ｓ…収納空間、θ…角度
【図１】
2019169796.tif 000003
【図２】
2019169796.tif 000004
【図３】
2019169796.tif 000005
【図４】
2019169796.tif 000006
【図５】
2019169796.tif 000007
【図６】
2019169796.tif 000008
【図７】
2019169796.tif 000009
【図８】
2019169796.tif 000010
【図９】
2019169796.tif 000011
【図１０】
2019169796.tif 000012
【図１１】
2019169796.tif 000013
【図１２】
2019169796.tif 000014
【図１３】
2019169796.tif 000015
【図１４】
2019169796.tif 000016
【図１５】
2019169796.tif 000017
【図１６】
2019169796.tif 000018