特開 2024-64469 振動デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024064469

(43)【公開日】2024-05-14

(54)【発明の名称】振動デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/02 20060101AFI20240507BHJP

   H03B 5/32 20060101ALI20240507BHJP

【ＦＩ】

H03H9/02 A

H03B5/32 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022173078

(22)【出願日】2022-10-28

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】松澤 勇介

【テーマコード（参考）】

5J079

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J079AA04

5J079BA39

5J079BA43

5J079BA47

5J079HA04

5J079HA07

5J079HA25

5J108BB02

5J108CC04

5J108CC11

5J108DD02

5J108EE03

5J108EE07

5J108FF06

5J108GG03

5J108GG14

(57)【要約】

【課題】電気的特性の劣化を抑えることが可能な、振動デバイスを提供する。
【解決手段】一方面に配置された第１励振電極１１Ａ、及び、他方面に配置された第２励振電極１１Ｂ、を有する振動素子１２と、振動素子１２を囲む枠部と、を備えた素子基板と、枠部の一方面に接合されたリッド基板と、枠部の他方面に接合されたベース基板と、振動素子１２と電気的に接続された発振回路を含む半導体素子と、を有し、枠部と、リッド基板と、ベース基板とにより、振動素子１２及び半導体素子を収容するキャビティーが設けられ、ベース基板は、第２励振電極１１Ｂと対向する面に配置され、第１励振電極１１Ａと半導体素子とを電気的に接続する第１配線３１を含み、第１配線３１は、平面視で、第２励振電極１１Ｂと重ならない位置に配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方面に配置された第１励振電極、及び、他方面に配置された第２励振電極、を有する振動素子と、前記振動素子を囲む枠部と、を備えた素子基板と、
前記枠部の一方面に接合された第１基板と、
前記枠部の他方面に接合された第２基板と、
前記振動素子と電気的に接続された発振回路を含む半導体素子と、
を有し、
前記枠部と、前記第１基板と、前記第２基板とにより、前記振動素子及び前記半導体素子を収容するキャビティーが設けられ、
前記第２基板は、前記第２励振電極と対向する面に配置され、前記第１励振電極と前記半導体素子とを電気的に接続する第１配線を含み、
前記第１配線は、平面視で、前記第２励振電極と重ならない位置に配置されている、振動デバイス。

【請求項2】

請求項１に記載の振動デバイスであって、
前記振動素子は、前記第２励振電極に接続された第２引出電極を備え、
前記第１配線は、平面視で、前記第２励振電極、及び、前記第２引出電極と重ならない位置に配置されている、振動デバイス。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の振動デバイスであって、
前記第２基板は、前記第２励振電極と対向する面に配置され、前記第２励振電極と前記半導体素子とを電気的に接続する第２配線を含み、
前記第１配線は、前記第２基板の一方側に配置され、
前記第２配線は、前記第２基板の前記一方側と反対の方向である他方側に配置されている、振動デバイス。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載の振動デバイスであって、
前記振動素子は、前記第１励振電極に接続された第１引出電極を備え、
前記第１引出電極は、平面視で、前記第１配線と重なる位置に配置されている、振動デバイス。

【請求項5】

請求項２に記載の振動デバイスであって、
前記第２基板は、前記第２励振電極と対向する面に配置され、前記第２励振電極と前記半導体素子とを電気的に接続する第２配線を含み、
前記第２配線は、平面視で、前記第２引出電極と重なる位置に配置されている、振動デバイス。

【請求項6】

請求項１又は請求項２に記載の振動デバイスであって、
前記第１配線は、平面視で、前記振動素子と重ならない位置に配置されている、振動デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、両主面に形成された一対の励振電極により振動する圧電振動部と、圧電振動部を気密に封止するリッド部及びベース部と、ベース部の圧電振動部側に配置された集積回路と、を備えた圧電デバイスの構成が開示されている。

【0003】

ここで、集積回路に近い側の励振電極を第１励振電極と称し、集積回路から遠い励振電極を第２励振電極と称すると、一対の励振電極から集積回路に接続された配線のうち第２励振電極に電気的に接続された配線は、第１励振電極に対向する位置に引き回されて配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－１４７１４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、第２励振電極に接続された配線が第１励振電極と対向する位置に配置されている、つまり、平面視で重なるように配置されており、配線と第１励振電極との間に電位差が生じることから、寄生容量が大きくなり、発振器の電気的特性が劣化する恐れがある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

振動デバイスは、一方面に配置された第１励振電極、及び、他方面に配置された第２励振電極、を有する振動素子と、前記振動素子を囲む枠部と、を備えた素子基板と、前記枠部の一方面に接合された第１基板と、前記枠部の他方面に接合された第２基板と、前記振動素子と電気的に接続された発振回路を含む半導体素子と、を有し、前記枠部と、前記第１基板と、前記第２基板とにより、前記振動素子及び前記半導体素子を収容するキャビティーが設けられ、前記第２基板は、前記第２励振電極と対向する面に配置され、前記第１励振電極と前記半導体素子とを電気的に接続する第１配線を含み、前記第１配線は、平面視で、前記第２励振電極と重ならない位置に配置されている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】振動デバイスの構成を示す平面図。

【図2】図１に示す振動デバイスのＡ－Ａ線に沿う断面図。

【図3】水晶のカット角を説明する図。

【図4】振動デバイスの素子基板の構成を示す平面図。

【図5】振動デバイスの第１基板としてのリッド基板の構成を示す平面図。

【図6】振動デバイスの第２基板としてのベース基板の構成を示す平面図。

【図7】変形例の振動デバイスの構成を示す平面図。

【図8】変形例の振動デバイスの構成を示す断面図。

【図9】変形例の振動デバイスの素子基板の構成を示す平面図。

【図10】変形例の振動デバイスのベース基板の構成を示す平面図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下の各図においては、互いに直交する３つの軸を、Ｘ軸、Ｙ’軸、及びＺ’軸として説明する。これらＸ軸、Ｙ’軸、及びＺ’軸は、後述するように水晶の結晶軸を示す。また、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ’軸に沿う方向を「Ｙ’方向」、Ｚ’軸に沿う方向を「Ｚ’方向」とし、矢印の方向が＋方向であり、＋方向と反対の方向を－方向とする。なお、＋Ｙ’方向を「上」又は「上方」又は「表側」、－Ｙ’方向を「下」又は「下方」又は「裏側」ということもあり、＋Ｙ’方向及び－Ｙ’方向から見ることを平面視あるいは平面的ともいう。また、Ｙ’方向＋側の面を「上面」又は「表面」、これと反対側となるＹ’方向－側の面を「下面」又は「裏面」として説明する。

【0009】

まず、図１及び図２を参照しながら、振動デバイス１００の構成を説明する。

【0010】

図１及び図２に示すように、振動デバイス１００は、一対の励振電極１１を有する素子基板１０と、素子基板１０の一方に配置された第１基板としてのリッド基板２０と、素子基板１０の他方に配置された第２基板としてのベース基板３０と、ベース基板３０上に配置された半導体素子４０と、を備えている。

【0011】

具体的には、素子基板１０は、水晶で構成されており、一方面１２ａに配置された第１励振電極１１Ａ、及び、他方面１２ｂに配置された第２励振電極１１Ｂ、を有する振動素子１２と、振動素子１２を囲む枠部１３と、を備えている。本実施形態の素子基板１０は、ＡＴカット水晶基板で構成されている。

【0012】

ＡＴカットの水晶基板について簡単に説明すると、素子基板１０は、互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ、電気軸、機械軸、光学軸と呼ばれる。そして、図３に示すように、素子基板１０は、ＸＺ面をＸ軸回りに所定の角度θ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」であり、θ＝３５°１５’回転させた平面に沿って切り出した基板を「ＡＴカット水晶基板」という。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、素子基板１０は、Ｙ’軸方向に厚みを有し、Ｘ－Ｚ’面方向に広がりを有する。

【0013】

リッド基板２０は、素子基板１０の枠部１３の一方面１３ａに接合されている。ベース基板３０は、素子基板１０の枠部１３の他方面１３ｂに接合されている。素子基板１０と、リッド基板２０と、ベース基板３０とは、例えば、Ａｕ（金）－Ａｕ（金）表面活性化接合によって接合されている。半導体素子４０は、発振回路を含み、振動素子１２と電気的に接続されている。

【0014】

素子基板１０の枠部１３と、リッド基板２０と、ベース基板３０と、が合わさることにより、振動素子１２及び半導体素子４０を収容するキャビティーＣが設けられる。キャビティーＣ内は、例えば、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、振動デバイス１００の振動特性が高まる。

【0015】

次に、図４～図６を参照しながら、素子基板１０、リッド基板２０、ベース基板３０の構成について、具体的に説明する。

【0016】

図４に示すように、素子基板１０は、枠状の枠部１３と、枠部１３の内側に配置された振動素子１２と、を有する。振動素子１２は、例えば、厚みすべり振動モードとして機能するＡＴカット水晶基板であり、三次の周波数温度特性を有する。なお、素子基板１０は、ＡＴカット水晶基板に限定されず、他のカット角、例えば、Ｚカット、ＳＣカット、ＳＴカット、ＢＴカット等の水晶基板であってもよい。

【0017】

また、図４に示すように、素子基板１０には、第１励振電極１１Ａを枠部１３の位置まで引き出す第１引出電極１１Ａ１と、第２励振電極１１Ｂを枠部１３の位置まで引き出す第２引出電極１１Ｂ１と、が配置されている。

【0018】

素子基板１０において、第１引出電極１１Ａ１の端部１１Ａ２と重なる位置には、枠部１３を貫通する貫通電極１４が設けられている。貫通電極１４は、ベース基板３０に配置された第１配線３１（図６参照）と電気的に接続されている。つまり、第１励振電極１１Ａは、第１配線３１と電気的に接続されている。第１配線３１は、半導体素子４０と電気的に接続されている。

【0019】

素子基板１０において、第２引出電極１１Ｂ１及び端部１１Ｂ２と重なる位置には、ベース基板３０に配置された第２配線３２（図６参照）と、貫通電極を設けることなく、直接電気的に接続されている。

【0020】

励振電極１１Ａ，１１Ｂや引出電極１１Ａ１，１１Ｂ１の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、Ｔｉ（チタン）、タングステン（Ｗ）等の金属材料、これら金属材料を含む合金を用いることができる。なお、第１配線３１及び第２配線３２も、上記の材料と同様の材料で構成されている。

【0021】

図５に示すように、リッド基板２０は、水晶又はガラス基板で構成されており、裏面側（－Ｙ’軸方向）に、キャビティーＣを形成するための凹部（図２参照）が設けられている。

【0022】

図６に示すように、ベース基板３０には、上記したように、半導体素子４０、第１配線３１、第２配線３２、が配置されている。また、ベース基板３０には、半導体素子４０と電気的に接続された端子部３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが配置されている。

【0023】

各端子部３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、ベース基板３０を貫通する貫通電極３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄと電気的に接続されている。各貫通電極３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、ベース基板３０の裏面に配置された外部電極５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄと電気的に接続されている。

【0024】

このように、第１励振電極１１Ａと接続された第１配線３１は、平面視で、第２励振電極１１Ｂや第２引出電極１１Ｂ１と重ならない位置に配置されている。つまり、図１に示すように、電位の異なる第２励振電極１１Ｂと第１配線３１とが重ならないように配置されているため、第１配線３１と第２励振電極１１Ｂとの間に寄生容量が発生することを抑えることができる。また、電位の異なる第１配線３１と第２引出電極１１Ｂ１とが重ならないように配置されているため、第１配線３１と第２引出電極１１Ｂ１との間に寄生容量が発生することを抑えることができる。よって、発振回路の電気的特性が劣化することを抑えることができる。

【0025】

一方、第２励振電極１１Ｂと接続された第２配線３２は、平面視で、第１励振電極１１Ａや第１引出電極１１Ａ１と重ならない位置に配置されている。つまり、図１に示すように、電位の異なる第１励振電極１１Ａと第２配線３２とが重ならないように配置されているため、第２配線３２と第１励振電極１１Ａとの間に寄生容量が発生することを抑えることができる。また、電位の異なる第２配線３２と第１引出電極１１Ａ１とが重ならないように配置されているため、第２配線３２と第１引出電極１１Ａ１との間に寄生容量が発生することを抑えることができる。よって、発振回路の電気的特性が劣化することを抑えることができる。

【0026】

また、第１引出電極１１Ａ１、及び、第１配線３１は、ベース基板３０、即ち、振動デバイス１００の一方側である－Ｚ’方向に引き出されている。第２引出電極１１Ｂ１、及び、第２配線３２は、ベース基板３０、即ち、振動デバイス１００の他方側である＋Ｚ’方向に引き出されている。

【0027】

このように、第１配線３１や第２配線３２が、一対の励振電極１１から互いに離れる方向に延在しているので、引出電極１１Ａ１，１１Ｂ１と、配線３１，３２とを、平面視で、重ならないように配置することができる。よって、電位の異なる配線が平面視で重なることによる寄生容量の発生を抑えることができる。

【0028】

以上述べたように、本実施形態の振動デバイス１００は、一方面１２ａに配置された第１励振電極１１Ａ、及び、他方面１２ｂに配置された第２励振電極１１Ｂ、を有する振動素子１２と、振動素子１２を囲む枠部１３と、を備えた素子基板１０と、枠部１３の一方面１２ａに接合された第１基板としてのリッド基板２０と、枠部１３の他方面１２ｂに接合された第２基板としてのベース基板３０と、振動素子１２と電気的に接続された発振回路を含む半導体素子４０と、を有し、枠部１３と、リッド基板２０と、ベース基板３０とにより、振動素子１２及び半導体素子４０を収容するキャビティーＣが設けられ、ベース基板３０は、第２励振電極１１Ｂと対向する面に配置され、第１励振電極１１Ａと半導体素子４０とを電気的に接続する第１配線３１を含み、第１配線３１は、平面視で、第２励振電極１１Ｂと重ならない位置に配置されている。

【0029】

この構成によれば、平面視で、電位の異なる第１配線３１と第２励振電極１１Ｂとが重ならないように配置されているので、第１配線３１と第２励振電極１１Ｂとの間に寄生容量が発生することを抑えることができる。よって、発振回路の電気的特性が劣化することを抑えることができる。

【0030】

また、本実施形態の振動デバイス１００において、振動素子１２は、第２励振電極１１Ｂに接続された第２引出電極１１Ｂ１を備え、第１配線３１は、平面視で、第２励振電極１１Ｂ、及び、第２引出電極１１Ｂ１と重ならない位置に配置されていることが好ましい。この構成によれば、電位の異なる第１配線３１と、第２励振電極１１Ｂ及び第２引出電極１１Ｂ１と、が平面視で重ならないように配置されているので、第１配線３１と第２励振電極１１Ｂとの間、第１配線３１と第２引出電極１１Ｂ１との間、に寄生容量が発生することを抑えることができる。

【0031】

また、本実施形態の振動デバイス１００において、ベース基板３０は、第２励振電極１１Ｂと対向する面に配置され、第２励振電極１１Ｂと半導体素子４０とを電気的に接続する第２配線３２を含み、第１配線３１は、ベース基板３０の一方側に配置され、第２配線３２は、ベース基板３０の一方側と反対の方向である他方側に配置されていることが好ましい。この構成によれば、ベース基板３０において、第１配線３１と第２配線３２とが離れて配置されているため、互いに電位の異なる配線間で寄生容量が発生することを抑えることができる。

【0032】

以下、上記した実施形態の変形例を説明する。

【0033】

上記したように、同電位である第１引出電極１１Ａ１と第１配線３１とを、平面視で重ならないように配置することに限定されず、図７～図１０に示すように、同電位であれば、第１引出電極１１Ａ１と第１配線３１とを、平面視で重なるように配置してもよい。

【0034】

具体的には、図７、図９、図１０に示すように、素子基板１０Ａに形成された第１引出電極１１Ａ１は、ベース基板３０に形成された第１配線３１と平面視で重なるように配置されている。図８に示すように、第１引出電極１１Ａ１と第１配線３１とは、素子基板１０Ａに形成された貫通電極１４によって電気的に接続されている。つまり、同電位である第１引出電極１１Ａ１と第１配線３１とは、平面視で重なるように配置されている。

【0035】

このように、第１引出電極１１Ａ１と第１配線３１とは同電位であるので、第１引出電極と第１配線とが平面視で重なるように配置された場合でも、寄生容量が発生することを抑えることができる。更に、ベース基板３０Ａ上において、面積が限られたスペースに第１配線３１を配置することができる。

【0036】

また、図７、図９、図１０に示すように、素子基板１０Ａに形成された第２引出電極１１Ｂ１は、ベース基板３０Ａに形成された第２配線３２と平面視で重なるように配置されている。図８に示すように、第２引出電極１１Ｂ１と第２配線３２とは、貫通電極を設けることなく、直接電気的に接続されている。つまり、同電位である第２引出電極１１Ｂ１と第２配線３２とは、平面視で重なるように配置されている。

【0037】

このように、第２引出電極１１Ｂ１と第２配線３２とは同電位であるので、第２引出電極１１Ｂ１と第２配線３２とが平面視で重なるように配置された場合でも、寄生容量が発生することを抑えることができる。更に、ベース基板３０Ａ上において、面積が限られたスペースに第２配線３２を配置することができる。

【0038】

以上のように、変形例の振動デバイス１００Ａにおいて、振動素子１２は、第１励振電極１１Ａに接続された第１引出電極１１Ａ１を備え、第１引出電極１１Ａ１は、平面視で、第１配線３１と重なる位置に配置されていることが好ましい。この構成によれば、第１引出電極１１Ａ１は、第１配線３１と同様、第１励振電極１１Ａと電気的に接続された同電位の電極である。よって、第１引出電極１１Ａ１と第１配線３１とが平面視で重なるように配置された場合でも、寄生容量が発生することを抑えることができる。更に、ベース基板３０Ａ上において、面積が限られたスペースに第１配線３１を配置することができる。

【0039】

以上のように、変形例の振動デバイス１００Ａにおいて、振動素子１２は、第２励振電極１１Ｂに接続された第２引出電極１１Ｂ１を備え、第２配線３２は、平面視で、第２引出電極１１Ｂ１と重なる位置に配置されていることが好ましい。この構成によれば、第２引出電極１１Ｂ１は、第２配線３２と同様、第２励振電極１１Ｂと電気的に接続された同電位の電極である。よって、第２引出電極１１Ｂ１と第２配線３２とが平面視で重なるように配置された場合でも、寄生容量が発生することを抑えることができる。更に、ベース基板３０Ａ上において、面積が限られたスペースに第２配線３２を配置することができる。

【0040】

また、上記したように、凹部を有するベース基板３０上に半導体素子４０を配置することに限定されず、凹部を有するリッド基板２０に半導体素子を配置するようにしてもよい。

【0041】

また、上記したように、第１配線３１は、平面視で第２励振電極１１Ｂと重ならないように配置することに限定されず、振動素子１２と平面視で重ならないように配置するようにしてもよい。このようにすることにより、第１配線３１と第２励振電極１１Ｂとの距離を平面視で遠くすることが可能となり、より寄生容量が発生することを抑えることができる。なお、第２配線３２についても同様である。

【0042】

以上のように、変形例の振動デバイスにおいて、第１配線３１は、平面視で、振動素子１２と重ならない位置に配置されていることが好ましい。この構成によれば、振動素子１２と重ならないように第１配線３１が配置されているので、第１配線３１と第２励振電極１１Ｂとの距離を確保することが可能となり、振動素子１２に接続される配線間で寄生容量が発生することを抑えることができる。なお、第２配線３２においても同様に配置されていることが好ましい。

【符号の説明】

【0043】

１０，１０Ａ…素子基板、１１Ａ…第１励振電極、１１Ａ１…第１引出電極、１１Ｂ…第２励振電極、１１Ｂ１…第２引出電極、１２…振動素子、１２ａ…一方面、１２ｂ…他方面、１３…枠部、１３ａ…一方面、１３ｂ…他方面、１４…貫通電極、２０…第１基板としてのリッド基板、３０，３０Ａ…第２基板としてのベース基板、３１…第１配線、３２…第２配線、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ…端子部、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ…貫通電極、４０…半導体素子、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ…外部電極、１００，１００Ａ…振動デバイス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】