JP2013030850A - 振動デバイスおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】歪みによる振動素子の特性の低下を防止しつつ、小型化を図ることのできる振動デバイスおよび電子機器を提供すること。
【解決手段】振動デバイス１は、内側に収納空間４ａを有するパッケージ４と、収納空間４ａに収納されたジャイロ素子２およびＩＣチップ３と、を有している。パッケージ４は、ＩＣチップ３が設置されたＩＣチップ設置面５２２を備えるＩＣチップ設置領域Ｓ２と、ＩＣチップ設置領域Ｓ２に並設され、ジャイロ素子２が設置された振動素子設置面５２１を備える振動素子設置領域Ｓ１と、を有する板状の底板５を有している。ＩＣチップ設置領域Ｓ２は、その厚さが振動素子設置領域Ｓ１よりも薄く、ＩＣチップ設置面５２２は、振動素子設置面５２１よりも底側に位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動デバイスおよび電子機器に関する。

従来から、センサーチップおよびＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）がケーシング内に設けられた振動デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の振動デバイス（半導体パッケージ）は、底板と、底板上面の周縁部に設けられた枠上の側壁と、を有するケース体を有し、このケース体の内側に形成されたチップ収納空間に位置するように、加速度センサー等のセンサーチップと、信号処理チップと、メモリーチップとが底板上面に設置されている。

また、特許文献１の振動デバイスでは、信号処理チップおよびメモリーチップが厚さ方向に重なって配置されており、これらの横にセンサーチップが並設されている。また、底板は、センサーチップが設置されているセンサーチップ設置領域の厚さが、信号処理チップおよびメモリーチップが重なって配置されている信号処理チップ設置領域の厚さよりも薄くなるように設計されている。言い換えれば、底板は、その上面の一部（センサーチップ設置領域に相当する部位）が他の部位（信号処理チップ設置領域に相当する部位）よりも下側に凹没した形状をなしており、この凹没した部位にセンサーチップが設置されている。特許文献１の振動デバイスでは、信号処理チップやメモリーチップよりも厚みの大きいセンサーチップを前記凹没した部分に設置することにより、振動デバイスの小型化（低背化）を図っている。

しかしながら、特許文献１の振動デバイスでは、底板のセンサーチップ設置領域の厚さが薄くし、この薄い部分にセンサーチップが設置されている。このような厚さの薄い部分は、他の部分（信号処理チップ設置領域）に比べ、外力や熱によって変形し易い（歪み易い）。そして、当該部分に変形が生じることにより、センサーチップに不本意な外力（応力）が加わってしまい、センサーチップの検出精度が低下する。
このように、特許文献１の振動デバイスでは、特性の低下を防止しつつ、小型化を図ることができないという問題がある。

特開２００６−２６１５６０号公報

本発明の目的は、歪みによる振動素子の特性の低下を防止しつつ、小型化を図ることのできる振動デバイスおよび電子機器を提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の振動デバイスは、内側に収納空間を有しているパッケージと、
前記収納空間に収納されている振動素子およびＩＣチップと、を有し、
前記パッケージは、前記ＩＣチップが設置されているＩＣチップ設置面を備えているＩＣチップ設置領域と、前記ＩＣチップ設置領域に並設され、前記振動素子が設置されている振動素子設置面を備えている振動素子設置領域と、を有する底部を有し、
前記ＩＣチップ設置領域は、前記振動素子設置領域よりも前記底部の厚さが薄く、
前記ＩＣチップ設置面は、前記振動素子設置面よりも前記底部の前記ＩＣチップおよび前記振動素子の設置面に対する裏面側に位置していることを特徴とする。
これにより、歪みによる振動素子の特性の低下を防止しつつ、小型化（低背化）を図ることのできる振動デバイスを提供することができる。

［適用例２］
本発明の振動デバイスでは、前記振動素子は、前記ＩＣチップよりも厚さが薄いことが好ましい。
これにより、振動デバイスをより小型化（低背化）することができる。
［適用例３］
本発明の振動デバイスでは、前記振動素子は、前記振動素子設置面に両持ち支持されていることが好ましい。
これにより、振動素子の保持状態および振動特性が安定する。

［適用例４］
本発明の振動デバイスでは、前記底部は、前記振動素子設置面に開放し、前記振動素子との接触を防止する凹部を有していることが好ましい。
これにより、落下などの衝撃による振動素子設置面と振動素子との接触による振動素子の破壊・破損を効果的に防止または抑制することができる。

［適用例５］
本発明の振動デバイスでは、前記振動素子は、振動する振動部を有し、
前記振動子設置面には、前記底部の平面視にて、前記振動部の少なくとも一部を内側に含む凹部を備えていることが好ましい。
これにより、凹部を効率的に形成することができ、振動素子設置領域の剛性の低下を防止または抑制することができる。

［適用例６］
本発明の振動デバイスでは、前記底部は、前記振動素子の厚さ方向への変位を規制する規制部を有していることが好ましい。
これにより、振動素子の過度な変形を防止することができ、振動素子の破壊・破損を防止または抑制することができる。

［適用例７］
本発明の振動デバイスでは、前記規制部の少なくとも一部は、前記振動素子の基部と対向していることが好ましい。
これにより、振動素子の過度な変形を防止することができ、かつ振動特性への影響も小さくすることができる。

［適用例８］
本発明の振動デバイスでは、前記振動素子設置面と前記振動素子との間に設けられた緩衝層を有していることが好ましい。
これにより、厚さ方向の過度な変形により振動素子が大きく変位した際、振動素子が緩衝層に接触し、その衝撃が吸収・緩和されるため、振動素子の破壊・破損を防止または抑制することができる。

［適用例９］
本発明の振動デバイスでは、前記底部には、前記収納空間の内外を連通する貫通孔が設けられており、
前記貫通孔は、前記底部の平面視にて、前記ＩＣチップを介して前記振動素子と反対側に設けられていることが好ましい。
これにより、歪みによる振動素子の特性変化をより確実に防止または抑制することができる。

［適用例１０］
本発明の振動デバイスでは、前記貫通孔は、前記底部の前記ＩＣチップ設置領域よりも厚い領域に設けられていることが好ましい。
これにより、歪みによる振動素子の特性変化をより確実に防止または抑制することができる。
［適用例１１］
本発明の振動デバイスでは、前記振動素子は、角速度を検出するジャイロ素子であることが好ましい。
これにより、角速度を検出することのできる振動デバイスが得られる。
［適用例１２］
本発明の電子機器は、本発明の振動デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い振動デバイスが得られる。

本発明の振動デバイスの第１実施形態を示す断面図である。 図１に示す振動デバイスが備えるジャイロ素子の平面図である。 図２に示すジャイロ素子の駆動を説明する平面図である。 図１に示す振動デバイスの平面図である。 図１に示す振動デバイスが有するベースの製造方法の一例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる振動デバイスの断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる振動デバイスの断面図である。 図７に示す振動デバイスの平面図である。 図７に示す振動デバイスが有する凹部の変形例を示す平面図である。 本発明の第４実施形態にかかる振動デバイスの断面図である。 本発明の第５実施形態にかかる振動デバイスの断面図である。

以下、本発明の振動デバイスおよび電子機器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＞
まず、本発明の振動デバイスの第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の振動デバイスの第１実施形態を示す断面図、図２は、図１に示す振動デバイスが備えるジャイロ素子の平面図、図３は、図２に示すジャイロ素子の駆動を説明する平面図、図４は、図１に示す振動デバイスの平面図、図５は、図１に示す振動デバイスが有するベースの製造方法の一例を示す断面図である。

なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。また、図１に示すように、互いに直交する３軸を、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とし、ｚ軸は、振動デバイスの厚さ方向と一致する。また、ｘ軸に平行な方向「ｘ軸方向」と言い、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」と言い、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」と言う。

図１に示す振動デバイス１は、ジャイロ素子（振動素子）２と、ジャイロ素子２の駆動等の制御を行うＩＣチップ３と、ジャイロ素子２およびＩＣチップ３を収納するパッケージ４と、を有している。
なお、本実施形態の振動デバイス１では、振動素子としてジャイロ素子を用いているが、用いる振動素子としては、ジャイロ素子に限定されず、例えば、加速度センサー、ＡＴ振動子（発振器）等であってもよい。

以下、これらについて順次詳細に説明する。
（ジャイロ素子２）
以下、ジャイロ素子２を図２および図３に基づいて説明する。なお、図２（ａ）は、上側から（リッド７側）から見た上面の平面図であり、図２（ｂ）は、上側から見た下面の平面図（透過図）である。また、図２では、説明の便宜上、電極および端子にハッチングを入れている。また、図３では、説明の便宜上、支持部、梁、電極等の図示を省略している。

ジャイロ素子２は、ｚ軸まわりの角速度を検出する、いわゆる「面内検出型」のセンサーであり、図２に示すように、振動片２１と、振動片２１の表面に形成された複数の電極、配線および端子とで構成されている。
振動片２１は、いわゆるダブルＴ型をなしている。このような振動片２１は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料で構成することができるが、これらの中でも、水晶で構成するのが好ましい。これにより、優れた振動特性（周波数特性）を発揮することのできる振動片２１が得られる。

振動片２１は、ｘｙ平面に拡がりを有し、ｚ軸方向に厚みを有する。このような振動片２１は、中央に位置する基部２２と、基部２２からｙ軸方向両側に延出する一対の検出振動腕２３１、２３２と、基部２２からｘ軸方向両側に延出する一対の連結腕２４１、２４２と、連結腕２４１の先端部からｙ軸方向両側に延出する一対の駆動振動腕２５１、２５２と、連結腕２４２の先端部からｙ軸方向両側に延出する一対の駆動振動腕２５３、２５４と、を有している。また、振動片２１は、基部２２を介してｙ軸方向に対向配置された一対の支持部２６１、２６２と、支持部２６１、２６２と基部２２とを連結する４つの梁２７１、２７２、２７３、２７４と、を有している。

また、検出振動腕２３１、２３２および駆動振動腕２５１〜２５４の先端部には、それぞれ、基端側よりも幅の大きい略四角形の重量部が形成されている。このような重量部を設けることにより、ジャイロ素子２の角速度の検出感度が向上する。
また、支持部２６１、２６２は、それぞれ、ｙ軸方向に延在しており、これら支持部２６１、２６２の間に振動片２１を構成する他の部位が位置している。支持部２６１は、梁２７１、２７２を介して基部２２と連結されており、支持部２６２は、梁２７３、２７４を介して基部２２と連結されている。

梁２７１は、検出振動腕２３１と駆動振動腕２５１との間を通って支持部２６１と基部２２とを連結し、梁２７２は、検出振動腕２３１と駆動振動腕２５３との間を通って支持部２６１と基部２２とを連結し、梁２７３は、検出振動腕２３２と駆動振動腕２５２との間を通って、支持部２６２と基部２２とを連結し、梁２７４は、検出振動腕２３２と駆動振動腕２５４との間を通って、支持部２６２と基部２２とを連結している。

このような梁２７１、２７２、２７３、２７４は、それぞれ、ｘ軸方向に往復しながらｙ軸方向に延びる蛇行部（Ｓ字形状部）を有し、これにより、ｘ軸方向およびｙ軸方向に弾性を有している。
また、梁２７１、２７２、２７３、２７４は、蛇行部を有する細長い形状を有しているので、あらゆる方向に弾性を有している。
そのため、外部から衝撃が加えられても、梁２７１、２７２、２７３、２７４で衝撃を吸収する作用を有するので、これに起因する検出ノイズを低減または抑制することができる。

以上、振動片２１の構成について説明した。このような振動片２１の表面には、複数の電極、配線および端子が形成されている。
具体的には、検出振動腕２３１の上面および下面には、検出信号電極２８１が形成されている。同様に、検出振動腕２３２の上面および下面にも、検出信号電極２８１が形成されている。

検出振動腕２３１に形成された一対の検出信号電極２８１は、振動片２１の表面に形成された図示しない配線を介して支持部２６１に形成された検出信号端子２９１ａに電気的に接続されており、検出振動腕２３２に形成された一対の検出信号電極２８１は、振動片２１の表面に形成された図示しない配線を介して支持部２６２に形成された検出信号端子２９１ｂに電気的に接続されている。
また、検出振動腕２３１の側面と、その重量部の上面および下面とには、検出接地電極２８２が形成されている。同様に、検出振動腕２３２の側面と、その重量部の上面および下面とにも、検出接地電極２８２が形成されている。

検出振動腕２３１に形成された一対の検出接地電極２８２は、振動片２１の表面に形成された図示しない配線を介して支持部２６１に形成された検出接地端子２９２ａに電気的に接続されており、検出振動腕２３２に形成された一対の検出接地電極２８２は、振動片２１の表面に形成された図示しない配線を介して支持部２６２に形成された検出接地端子２９２ｂに電気的に接続されている。このような検出接地電極２８２は、検出信号電極２８１に対してグランドとなる電位を有する。

このような配置で検出信号電極２８１および検出接地電極２８２を形成することにより、検出振動腕２３１に生じた検出振動は、検出振動腕２３１に形成された検出信号電極２８１と検出接地電極２８２との間の電荷として現れ、支持部２６１に形成された検出信号端子２９１ａと検出接地端子２９２ａとから信号として取り出すことができる。また、検出振動腕２３２に生じた検出振動は、検出振動腕２３２に形成された検出信号電極２８１と検出接地電極２８２との間の電荷として現れ、支持部２６２に形成された検出信号端子２９１ｂと検出接地端子２９２ｂとから信号として取り出すことができる。

また、駆動振動腕２５１の上面および下面には、駆動信号電極２８３が形成されている。同様に、駆動振動腕２５２の上面および下面にも、駆動信号電極２８３が形成されている。また、駆動振動腕２５３の側面と、その重量部の上面および下面とにも、駆動信号電極２８３が形成されている。同様に、駆動振動腕２５４の側面と、その重量部の上面および下面とにも、駆動信号電極２８３が形成されている。これら複数の駆動信号電極２８３は、振動片２１の表面に形成された図示しない配線を介して支持部２６１に形成された駆動信号端子２９３ａに電気的に接続されている。

また、駆動振動腕２５１の側面と、その重量部の上面および下面とには、駆動接地電極２８４が形成されている。同様に、駆動振動腕２５２の側面と、その重量部の上面および下面とにも、駆動接地電極２８４が形成されている。また、駆動振動腕２５３の上面および下面にも、駆動接地電極２８４が形成されている。同様に、駆動振動腕２５４の上面および下面にも、駆動接地電極２８４が形成されている。これら複数の駆動接地電極２８４は、振動片２１の表面に形成された図示しない配線を介して支持部２６２に形成された駆動接地端子２９３ｂに電気的に接続されている。このような駆動接地電極２８４は、駆動信号電極２８３に対してグランドとなる電位を有する。

このような配置で駆動信号電極２８３および駆動接地電極２８４を形成すると、駆動信号端子２９３ａと駆動接地端子２９３ｂとの間に駆動信号を印加することによって、各駆動振動腕２５１、２５２、２５３、２５４に形成された駆動信号電極２８３と駆動接地電極２８４との間に電界を生じさせ、各駆動振動腕２５１、２５２、２５３、２５４を駆動振動させることができる。
なお、これら電極、端子および配線は、それぞれ、例えば、振動片２１の表面に形成され、クロムで構成される下地層に、金メッキを施したものを用いることができる。これにより、電極等と振動片２１との密着性が向上し、ジャイロ素子２の信頼性が向上する。

このような構成のジャイロ素子２は、次のようにしてｚ軸まわりの角速度ωを検出する。ジャイロ素子２は、角速度ωが加わらない状態において、駆動信号電極２８３および駆動接地電極２８４の間に電界が生じると、図３（ａ）に示すように、駆動振動腕２５１、２５２、２５３、２５４が矢印Ａに示す方向に屈曲振動を行う。このとき、駆動振動腕２５１、２５２と、駆動振動腕２５３、２５４とは、中心点Ｇ（重心Ｇ）を通るｙｚ平面に関して面対称の振動を行っているため、基部２２と、連結腕２４１、２４２と、検出振動腕２３１、２３２とは、ほとんど振動しない。

この駆動振動を行っている状態でジャイロ素子２にｚ軸まわり角速度ωが加わると、図３（ｂ）に示すような振動を行う。すなわち、駆動振動腕２５１、２５２、２５３、２５４および連結腕２４１、２４２に矢印Ｂ方向のコリオリの力が働き、この矢印Ｂ方向の振動に呼応して、矢印Ｃ方向の検出振動が励起される。そして、この振動により発生した検出振動腕２３１、２３２の歪みを検出信号電極２８１および検出接地電極２８２が検出して角速度ωが求められる。

（ＩＣチップ）
ＩＣチップ３は、ジャイロ素子２を駆動（発振）させる駆動回路（発振回路）や、チャージアンプを含む検出回路などが集積させて形成された電子素子である。すなわち、ＩＣチップ３は、ジャイロ素子２の駆動信号電極２８３に対して電気信号を出力するとともに、検出信号電極２８１から電気信号を入力して処理することにより、ｚ軸まわりの角速度ωを求める電子素子である。

（パッケージ）
パッケージ４は、ジャイロ素子２およびＩＣチップを収納するものである。このようなパッケージ４は、その平面視（ｘｙ平面視）にて、ｘ軸方向に延在する略矩形状をなしており、ジャイロ素子２とＩＣチップ３とがｘ軸方向に並んだ状態で、これらを収納している。

図１に示すように、パッケージ４は、上面に開放する凹部を有するベース１０と、凹部の開口を塞ぐようにベースに接合されたリッド（蓋体）７と、を有している。また、ベース１０は、板状の底板（底部）５と、底板５の上面の周縁部に設けられた枠状の側壁６と、を有している。このようなパッケージ４は、その内側に収納空間４ａを有しており、この収納空間４ａ内に、ジャイロ素子２およびＩＣチップ３が気密的に収納、設置されている。

図１に示すように、底板５は、平坦な下面５１と、段差を有する上面５２と、を有している。また、上面５２は、前記段差の上段部に位置し、ジャイロ素子２が設置されたジャイロ素子設置面（振動素子設置面）５２１と、前記段差の下段部に位置し、ＩＣチップ３が設置されたＩＣチップ設置面５２２と、を有している。
ＩＣチップ３は、銀ペースト等の導電性接着剤９１を介して、ＩＣチップ設置面５２２に設置・固定されている。これにより、ＩＣチップ３の下面をグランドに落とすことができ、基準電位が安定化する。

また、図４に示すように、ＩＣチップ３の上面には、複数のＩＣパッド３１が形成されている。一方、底板５の上面５２の上段部（ＩＣチップ３の周囲）には、各ＩＣパッド３１に対応する接続パッド８１が形成されており、これらがワイヤー（ボンディングワイヤー）によって電気的に接続されている。また、各接続パッド８１は、底板５に形成された図示しない導体ポスト等を介して底板５の下面５１に形成された図示しない外部実装端子に電気的に接続されている。これにより、パッケージ４の外部からＩＣ３との電気的な接続を図ることができる。
なお、各接続パッド８１は、例えば、底板５の上面５２に形成され、クロムで構成される下地層に、金メッキを施したものを用いることができる。これにより、接続パッド８１と底板５との密着性が向上し、振動デバイス１の信頼性が向上する。なお、このような構成は、後述する接続パッド８２についても同様である。

また、図１に示すように、ＩＣチップ３の上面は、ジャイロ素子２の上面よりも下方に位置しているのが好ましい。これにより、振動デバイス１の低背化を図りつつ、ＩＣチップ３とリッド７との間にボンディングワイヤーを配置するスペースを十分に確保することができる。そのため、例えば、リッド７とボンディングワイヤーとの接触が防止されやすくなり、ＩＣパッド３１と接続パッド８１との電気的な接続状態をより確実に維持することができ、振動デバイス１の信頼性が向上する。
なお、ＩＣチップの上面の位置は、これに限定されず、例えば、ジャイロ素子２の上面と一致していてもよいし、ジャイロ素子２の上面よりも上方に位置していてもよい。

ジャイロ素子２は、各支持部２６１、２６２が半田などの導電性固定部材（導電性接着剤）９２を介してジャイロ素子設置面５２１に設置・固定されている。支持部２６１、２６２は、ジャイロ素子２のｙ軸方向の両端部に位置するため、このような部分を底板５に固定することにより、ジャイロ素子２が底板５に両持ち支持される。そのため、ジャイロ素子２を底板５に安定的に設置することができ、ジャイロ素子２の不要な振動（検出したい振動以外の振動）が抑制され、ジャイロ素子２による角速度の検出精度が向上する。

また、導電性固定部材９２は、支持部２６１、２６２に形成された検出信号端子２９１ａ、２９１ｂ、検出接地端子２９２ａ、２９２ｂ、駆動信号端子２９３ａおよび駆動接地端子２９３ｂに対応（接触）して、かつ互いに離間して６つ設けられている。ジャイロ素子設置面５２１には、検出信号端子２９１ａ、２９１ｂ、検出接地端子２９２ａ、２９２ｂ、駆動信号端子２９３ａおよび駆動接地端子２９３ｂに対応する６つの接続パッド８２が形成されており、導電性固定部材９２を介して、これら各接続パッド８２とそれと対応するいずれかの端子とが電気的に接続されている。また、各接続パッド８２は、例えば底板５の上面や内部に形成された図示しない配線を介してＩＣ３に電気的に接続されている。
このような構成とすることにより、導電性固定部材９２を、ジャイロ素子２を底板５に固定するための固定部材として用いることができるとともに、ジャイロ素子２との電気的な接続を行う接続部材として用いることができるため、振動デバイス１の構成の簡易化を図ることができる。

また、導電性固定部材９２は、ジャイロ素子２と底板５との間にギャップ（隙間）を形成し、これらの接触を防止するギャップ材としても用いられる。これにより、底板５との接触によるジャイロ素子２の破壊・破損を防止することができ、正確な角速度の検出と、優れた信頼性を発揮することのできる振動デバイス１となる。また、ギャップは、ジャイロ素子２の駆動を阻害しない限り短い方が好ましい。これにより、振動デバイス１にｚ軸方向の衝撃が加わったときに、ジャイロ素子２が底板５に接触することによってジャイロ素子２（振動片２１）の過度な変形が防止され、ジャイロ素子２の破壊・破損を効果的に抑えることができる。

前述したように、底板５の上面５２は、ジャイロ素子２が設置されたジャイロ素子設置面５２１と、ジャイロ素子設置面５２１よりも下方（底側）に位置し、ＩＣチップ３が設置されたＩＣチップ設置面５２２と、を有している。
振動デバイス１では、近年のジャイロ素子２の小型化に伴って、ＩＣチップ３の厚さ（ｚ軸方向の長さ）がジャイロ素子２よりも厚い。例えば、ジャイロ素子２の厚さが１００μｍ程度なのに対して、ＩＣチップ３の厚さは、２００μｍ程度である。そのため、ＩＣチップ設置面５２２をジャイロ素子設置面５２１よりも下方に位置させて、ＩＣチップ設置面５２２にＩＣチップ３を設置することにより、振動デバイス１の低背化を図ることができ、振動デバイス１を小型化することができる。

また、図１に示すように、底板５は、ジャイロ素子設置面５２１を備えるジャイロ素子設置領域（振動素子設置領域）Ｓ１と、ＩＣチップ設置面５２２を備えるＩＣチップ設置領域Ｓ２と、を有しており、ジャイロ素子設置領域Ｓ１は、その厚さがＩＣチップ設置領域Ｓ２よりも厚く構成されている。このような厚みのある部分であるジャイロ素子設置領域Ｓ１にジャイロ素子２を設置することにより、ジャイロ素子２の検出精度の低下を防止または抑制することができる。
具体的には、振動片２１に歪みが加わると、振動特性に影響を及ぼし、これにより、角速度の検出精度が低下するおそれがある。振動片２１に歪みが加わる代表的な原因としては、例えば、外力が加わることによるパッケージ４の変形や、熱膨張または熱収縮（熱応力）によるパッケージ４の変形が挙げられる。

外力や熱応力によりパッケージ４が変形すると、ジャイロ素子２を底板５に固定している６つの導電性固定部材９２の相対的な位置関係（離間距離）が変化し、この変化に応じた応力が振動片２１に加わり、振動片２１が歪む。なお、熱応力が原因の場合、底板５と振動片２１の線膨張係数が互いに等しければ、パッケージ４が変形（膨張、収縮）しても振動片２１もその変形と同程度変形するため、実質的に振動片２１に歪みが加わることはないが、これらの線膨張係数は互いに異なるため、熱応力による場合も、外力の場合と同様に振動片２１に歪みが加わる。

特に、本実施形態の振動デバイス１では、ジャイロ素子２が底板５に両持ち支持されているため、振動片２１に加わった応力（特にｙ軸方向の応力）を逃がすことができず、振動片２１に歪みが加わり易い。
そこで、振動デバイス１では、上述したように、ジャイロ素子設置領域Ｓ１（ジャイロ素子設置面５２１）にジャイロ素子２を設置することにより、振動片２１に歪みが加わることを防止または抑制し、ジャイロ素子２の検出精度の低下を防止または抑制している。

ジャイロ素子設置領域Ｓ１は、底板５の他の部分（ＩＣチップ設置領域Ｓ２）よりも厚さが厚いため、その分剛性が高い。そのため、底板５の他の部分に比べて、外力や熱応力による変形が生じ難く、また、変形が生じたとしてもその程度が小さい。このように、変形し難いジャイロ素子設置領域Ｓ１にジャイロ素子２を設置することによって、ジャイロ素子２に歪みが加わることを防止または抑制することができ、その結果、ジャイロ素子２の検出精度の低下を防止または抑制することができる。
なお、ジャイロ素子設置領域Ｓ１の厚さとしては、構成材料等によっても異なるが、０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下程度であるのが好ましい。これにより、振動デバイス１の低背化を図りつつ、ジャイロ素子設置領域Ｓ１の変形をより効果的に防止または抑制することができる。

また、底板５には、封止孔としての貫通孔５３が形成されている。貫通孔５３は、収納空間４ａ内を減圧環境（好ましくは真空）とするための孔である。収納空間４ａ内を減圧環境とすることにより、空気の粘性に起因した振動片２１のＣＩ値の増加を防止または抑制することができる。
収納空間４ａ内を減圧する方法としては、特に限定されないが、例えば、まず、貫通孔５３を介して収納空間４ａ内の空気を除去し、次いで、貫通孔５３に金属ボールを載置し、この金属ボールにレーザーを照射することにより金属ボールを溶融させ、貫通孔５３を塞ぎ封止する方法が挙げられる。なお、貫通孔５３の途中には、金属ボールの通過を阻止する段差部５３１が形成されており、これにより、金属ボールを貫通孔内にて溶融させることが容易となる。具体的には、段差部５３１は、下面５１側に形成され、金属ボールの外径よりも大きい内径を有する部分と、上面５２側に形成され、金属ボールの外径よりも小さい内径を有する部分との境界に形成されている。

図１および図４に示すように、このような貫通孔５３は、ｘｙ平面視にて、ＩＣチップ３を介してジャイロ素子２と反対側に形成されている。すなわち、貫通孔５３は、ジャイロ素子２からなるべく離間した位置に形成されている。また、貫通孔５３は、底板５の厚みの厚い部分、言い換えれば、ＩＣチップ設置領域Ｓ２以外の部分であって、ＩＣチップ設置領域Ｓ２よりも厚い部分に形成されている。本実施形態では、貫通孔５３は、ジャイロ素子設置領域Ｓ１と同じ厚さを有する部分に形成されている。このような位置に貫通孔５３を形成することにより、次のような効果が得られる。

前述したように、貫通孔５３は、レーザー照射によって金属ボールを溶融することによって塞がれる。そのため、上述したように、貫通孔５３をジャイロ素子２からなるべく離間した位置に形成することにより、レーザー照射時の熱によるジャイロ素子２の変形や劣化等を防止することができる。
また、レーザー照射時の熱によって、貫通孔５３の周囲が昇温し熱膨張する。このような熱膨張が起こることにより、封止後の底板５では、貫通孔５３の周囲に応力が残留するおそれがある。そのため、貫通孔５３をジャイロ素子２からなるべく離間した位置に形成することにより、貫通孔５３の周囲に残留した応力（歪み）に起因した振動片２１の振動特性の変化を防止または抑制することができ、ジャイロ素子２の検出特性の変化を防止または抑制することができる。また、残留応力の継時的な変化からも振動片２１の振動特性の変化を防止または抑制することができる。

なお、本実施形態では、前述したように、貫通孔５３を厚く剛性の高い部分に形成しているため、貫通孔５３の周囲の部分の残留応力による変形自体を効果的に防止または抑制することができる。そのため、上述したような問題が発生するのをより確実に防止または抑制することができる。また、後述するようにリッド７をベース１０にシーム溶接する際に発生する過剰電流による発熱により、貫通孔５３からクラックが入り易いが、貫通孔５３を厚く剛性の高い部分に形成することにより、前記クラックの発生を効果的に防止または抑制することができる。

貫通孔５３の配置は、これに限定されず、例えば、貫通孔５３は、ｘｙ平面視にて、ＩＣチップ３を介してジャイロ素子２と反対側であって、ＩＣチップ設置面５２２と同じ厚さの底板５に形成されていていてもよい。このような形態であっても、貫通孔５３の周囲に残留した応力（歪み）に起因した振動片２１の振動特性の変化を防止または抑制することができ、ジャイロ素子２の検出特性の変化を防止または抑制することができる。

ベース１０の構成材料としては、特に限定されないが、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。このような構成材料により上記のような形態のベース１０を製造する場合、図５に示すように、底板５の平面視形状に対応する少なくとも１枚の平板状の基板１０ａと、底板５の上段部の平面視形状に対応する少なくとも１枚の枠状の基板１０ｂと、側壁６の平面視形状に対応する少なくとも１枚の平板状の基板１０ｃと、を積層して積層体を形成し、この積層体を焼成すればよい。これにより、簡単に、ベース１０を製造することができる。

リッド７の構成材料としては、特に限定されないが、ベース１０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１０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。なお、ベース１０とリッド７の接合は、特に限定されず、例えば、接着剤を介して接合してもよいし、シーム溶接等により接合してもよい。

以上、本実施形態の振動デバイス１について説明した。このような振動デバイスによれば、前述したように、歪みによる影響を低減することによって角速度の検出特性の低下を防止または抑制しつつ、装置の小型化（低背化）を図ることができる。特に、歪みによる振動片２１の振動特性の変化を防止または抑制することができるため、例えば、出荷検査時の振動特性と、回路基板等への実装時の振動特性とのズレを無くすか小さくすることができる。そのため、実装時においても優れた検出精度を発揮することができる。また、電気的特性が安定し、より精度のよい検出を行うことができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２実施形態にかかる振動デバイスの断面図である。
以下、第２実施形態の振動デバイスについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第２実施形態にかかる振動デバイスは、貫通孔の位置および形状が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図６に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、貫通孔５３は、軸方向（ｚ軸方向）に内径がほぼ一定である。また、貫通孔５３は、ｘｙ平面視にて、その一部が側壁６に重なっている。言い換えれば、貫通孔５３の上部開口の一部が側壁６によって塞がれている。
貫通孔５３をこのような構成とすることにより、貫通孔５３の形状を第１実施形態と比較して単純化することができる。また、側壁６で開口の一部を塞ぐことにより、金属ボールの通過を阻止することができるため、貫通孔５３内にて確実に金属ボールを溶融することがでる。また、例えば、第１実施形態と比較して、貫通孔５３をよりジャイロ素子２から離れた位置に形成することができる。
このような第２実施形態においても、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。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第３実施形態について説明する。
図７は、本発明の第３実施形態にかかる振動デバイスの断面図、図８は、図７に示す振動デバイスの平面図、図９は、図７に示す振動デバイスが有する凹部の変形例を示す平面図である。

以下、第３実施形態の振動デバイスについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第３実施形態にかかる振動デバイスは、底板の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図７に示すように、底板５は、ジャイロ素子設置面５２１に開放する枠状の凹部５４と、凹部５４に囲まれた突出部５５と、を有している。凹部５４は、ｘｙ平面視にて、ジャイロ素子２の検出振動腕２３１、２３２、駆動振動腕２５１、２５２、２５３、２５４を内側に含むように形成されている。
このような凹部５４を形成することにより、検出振動腕２３１、２３２、駆動振動腕２５１、２５２、２５３、２５４と底板５との間に比較的大きいギャップを形成することができる。そのため、大気中での空気抵抗（空気が有する粘性）に起因するジャイロ素子２（振動片２１）のＣＩ値の増加を抑制し、振動特性を安定させることができる。

また、例えば、封止前に行うジャイロ素子２のチューニング時における信号の漏れ量と、封止後における信号の漏れ量とのずれ量をより小さくすることができる。そのため、封止後においても、所望の特性（チューニング後の特性）を発揮することのできる振動デバイス１が得られる。
また、凹部５４の深さ（ｚ軸方向の長さ）としては、特に限定されないが、例えば、１０〜１００μｍ程度であるのが好ましい。これにより、上述したような機能を十分に発揮することができるとともに、ジャイロ素子設置領域Ｓ１の剛性の低下を抑制することができる。

また、凹部５４に囲まれた突出部（規制部）５５は、ジャイロ素子２の基部２２と対向して設けられている。この突出部５５の上面は、ジャイロ素子設置面５２１と同一平面上に位置している。このような突出部５５を有することにより、振動デバイス１にｚ軸方向の衝撃が加わったときに、ジャイロ素子２の基部２２が突出部５５に接触し、ジャイロ素子２（振動片２１）の過度な変形が防止される。そのため、ジャイロ素子２の破壊・破損を効果的に防止することができる。なお、基部２２は、駆動時でもほとんど振動しないため、突出部５５を設けても、前述したような空気抵抗による振動特性の悪化という問題は、ほとんど生じない。

なお、凹部５４の平面視形状としては、上述したような効果を発揮することができれば特に限定されず、例えば、図９に示すように、検出振動腕２３１、２３２、駆動振動腕２５１、２５２、２５３、２５４の各腕（各振動部）に対応するように６つの凹部５４が形成されていてもよい。このような構成とすると、ジャイロ素子設置領域Ｓ１における凹部５４の占有率をより低くすることができ、ジャイロ素子設置領域Ｓ１の剛性の低下をより効果的に防止または抑制することができる。この場合には、６つの凹部５４の間に位置する部位が突出部５５を構成する。

また、本実施形態では、突出部５５の上面がジャイロ素子設置面５２１と同一平面上に位置しているが、突出部５５の上面は、ジャイロ素子設置面５２１より上側に位置していてもよいし、下側に位置していてもよい。
このような第３実施形態においても、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。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第４実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第４実施形態にかかる振動デバイスの断面図である。
以下、第４実施形態の振動デバイスについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第４実施形態にかかる振動デバイスは、底板（ジャイロ素子設置面）とジャイロ素子との間に緩衝層が設けられていること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図１０に示すように、本実施形態の振動デバイス１は、ジャイロ素子設置面５２１に設けられた緩衝層１１を有する。そして、この緩衝層１１の上面に、導電性固定部材９２を介してジャイロ素子２が接合されている。
また、緩衝層１１は、ｘｙ平面視にて、ジャイロ素子２の全体を内側に含むように設けられている。

このような緩衝層１１は、底板５からジャイロ素子２に伝わる応力やジャイロ素子２からの振動漏れを吸収・緩和することにより、ジャイロ素子２（振動片２１）に歪みが加わること、および振動漏れによる特性変化を効果的に防止または抑制する機能を有する。これにより、歪みによる影響と振動漏れによる特性変化がより低減された振動デバイス１が得られる。

このような緩衝層１１は、線膨張率が振動片２１の構成材料（水晶）に近似する材料で構成されているのが好ましい。このような材料を用いることにより、上記効果をより顕著に発揮することができる。
また、緩衝層１１の構成材料としては、弾性率が数ＧＰａ以上、数十ＭＰａ以下程度である材料であるのが好ましい。このような材料を用いることにより、例えば、振動デバイス１にｚ軸方向の衝撃が加わったときに、ジャイロ素子２が緩衝層１１と接触することにより、その衝撃が吸収・緩和され、ジャイロ素子２の破壊・破損を効果的に防止することができる。

なお、このような緩衝層１１には、図示しない導体ポストが形成されており、この導体ポストを介して、導電性固定部材９２と、当該導電性固定部材９２に対応する接続パッド８２とが電気的に接続されている。
このような第４実施形態においても、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。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第５実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第５実施形態にかかる振動デバイスの断面図である。
以下、第５実施形態の振動デバイスについて、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第５実施形態にかかる振動デバイスは、緩衝層の構成が異なること以外は、前述した第４実施形態と同様である。なお、前述した第４実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

本実施形態の振動デバイス１では、緩衝層１１は、異方性導電フィルム（または異方性導電接着剤）で構成されている。このような緩衝層１１は、その厚さ方向には導電性を有するが、面方向には絶縁性を有している。これにより、複数の接続パッド８２間での短絡を防止しつつ、緩衝層１１の上面側にある導電性固定部材９２と、当該導電性固定部材９２と対応し緩衝層１１の下面側にある接続パッド８２とを緩衝層１１を介して電気的に接続することができる。このように、緩衝層１１として異方性導電フィルムを用いることにより、前述した第４実施形態のように緩衝層１１に導体ポストを形成する必要がなく、振動デバイス１の構成や製造が簡単となる。

なお、緩衝層１１の構成は、特に限定されず、例えば、図１１に示すように、シリコーンなどの絶縁性シート１１ａに細い金属線１１ｂを軸線がシートの厚さ方向となるように埋め込んだ構成などが挙げられる。
このような第５実施形態においても、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。

以上のような振動デバイス１は、各種電子機器に組み込むことができる。振動デバイス１を組み込んだ本発明の電子機器としては、特に限定されないが、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター）、携帯電話機などの移動体端末、ディジタルスチールカメラ、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）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、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、ゲーム用コントローラ、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、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、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレータ、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等に適用することができる。

以上、本発明の振動デバイスおよび電子機器を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれら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、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、本発明の振動デバイスは、前記各実施形態のうち、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

１‥‥振動デバイス ２‥‥ジャイロ素子 ２１‥‥振動片 ２２‥‥基部 ２３１、２３２‥‥検出振動腕 ２４１、２４２‥‥連結腕 ２５１、２５２、２５３、２５４‥‥駆動振動腕 ２６１、２６２‥‥支持部 ２７１、２７２、２７３、２７４‥‥梁 ２８１‥‥検出信号電極 ２８２‥‥検出接地電極 ２８３‥‥駆動信号電極 ２８４‥‥駆動接地電極 ２９１ａ、２９１ｂ‥‥検出信号端子 ２９２ａ、２９２ｂ‥‥検出接地端子 ２９３ａ‥‥駆動信号端子 ２９３ｂ‥‥駆動接地端子 ３‥‥ＩＣチップ ３１‥‥ＩＣパッド ４‥‥パッケージ ４ａ‥‥収納空間 ５‥‥底板 ５１‥‥下面 ５２‥‥上面 ５２１‥‥ジャイロ素子設置面 ５２２‥‥ＩＣチップ設置面 ５３‥‥貫通孔 ５３１‥‥段差部 ５４‥‥凹部 ５５‥‥突出部 ６‥‥側壁 ７‥‥リッド ８１、８２‥‥接続パッド ９１‥‥導電性接着剤 ９２‥‥導電性固定部材 １０‥‥ベース １０ａ、１０ｂ、１０ｃ‥‥基板 １１‥‥緩衝層 １１ａ‥‥絶縁性シート １１ｂ‥‥金属線 Ｓ１‥‥ジャイロ素子設置領域 Ｓ２‥‥ＩＣチップ設置領域

Claims (12)

1. 内側に収納空間を有しているパッケージと、
   前記収納空間に収納されている振動素子およびＩＣチップと、を有し、
   前記パッケージは、前記ＩＣチップが設置されているＩＣチップ設置面を備えているＩＣチップ設置領域と、前記ＩＣチップ設置領域に並設され、前記振動素子が設置されている振動素子設置面を備えている振動素子設置領域と、を有する底部を有し、
   前記ＩＣチップ設置領域は、前記振動素子設置領域よりも前記底部の厚さが薄く、
   前記ＩＣチップ設置面は、前記振動素子設置面よりも前記底部の前記ＩＣチップおよび前記振動素子の設置面に対する裏面側に位置していることを特徴とする振動デバイス。
2. 前記振動素子は、前記ＩＣチップよりも厚さが薄いことを特徴とする請求項１に記載の振動デバイス。
3. 前記振動素子は、前記振動素子設置面に両持ち支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動デバイス。
4. 前記底部は、前記振動素子設置面に開放し、前記振動素子との接触を防止する凹部を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の振動デバイス。
5. 前記振動素子は、振動する振動部を有し、
   前記振動子設置面には、前記底部の平面視にて、前記振動部の少なくとも一部を内側に含む凹部を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の振動デバイス。
6. 前記底部は、前記振動素子の厚さ方向への変位を規制する規制部を有していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の振動デバイス。
7. 前記規制部の少なくとも一部は、前記振動素子の基部と対向していることを特徴とする請求項６に記載の振動デバイス。
8. 前記振動素子設置面と前記振動素子との間に設けられた緩衝層を有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の振動デバイス。
9. 前記底部には、前記収納空間の内外を連通する貫通孔が設けられており、
   前記貫通孔は、前記底部の平面視にて、前記ＩＣチップを介して前記振動素子と反対側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の振動デバイス。
10. 前記貫通孔は、前記底部の前記ＩＣチップ設置領域よりも厚い領域に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の振動デバイス。
11. 前記振動素子は、角速度を検出するジャイロ素子であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の振動デバイス。
12. 請求項１ないし１１のいずれか一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。

Images