JP2017022461A

JP2017022461A - Oscillation device and dynamic quantity sensor

Info

Publication number: JP2017022461A
Application number: JP2015136350A
Authority: JP
Inventors: 武金澤; Takeru Kanazawa; 酒井　峰一; Mineichi Sakai; 峰一酒井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2017-01-26

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oscillation device and a dynamic quantity sensor that can suppress deterioration of accuracy due to junction distortion.SOLUTION: A conductor pattern 80 facing a pad portion 70 is formed with respect to a cap layer 50, and the pad portion 70 and the conductor pattern 80 are electrically connected to each other. As a result, positive and negative charges generated occurring on the front and back surfaces of the cap layer 50 are extracted to the pad portion 70 and the conductor pattern 80, and the positive and negative charges are combined and canceled. Therefore, even if charges are induced by junction distortion at a metal junction portion 61, influence on each pad portion 70 for external connection, for example, influence on a sensor signal can be suppressed, and thus deterioration of the sensor accuracy can be suppressed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水晶振動子を有する発振装置に関し、特に、印加される力学量に応じたセンサ信号を出力する水晶振動子を含むセンサ部が備えられた力学量センサに適用されて好適なものである。 The present invention relates to an oscillation device having a crystal resonator, and is particularly suitable for being applied to a mechanical quantity sensor including a sensor unit including a crystal vibrator that outputs a sensor signal corresponding to an applied mechanical quantity. is there.

従来より、水晶が良好な圧電材料であることから、発振器やジャイロセンサ、弾性表面波素子（以下、ＳＡＷ素子という）などの発振装置における振動子として水晶振動子が用いられている。そして、真空下で用いられる発振装置の小型化、低コスト化のために、ウェハレベルパッケージ（以下、ＷＬＰ（Wafer Level Package）という）を用いた構造が提案されている（特許文献１参照）。 Conventionally, since quartz is a good piezoelectric material, crystal resonators have been used as vibrators in oscillators such as oscillators, gyro sensors, and surface acoustic wave elements (hereinafter referred to as SAW elements). A structure using a wafer level package (hereinafter referred to as WLP (Wafer Level Package)) has been proposed to reduce the size and cost of an oscillation device used under vacuum (see Patent Document 1).

この水晶振動子を真空封止したＷＬＰは、支持基板およびキャップ層を構成する２枚の封止用ウェハによってセンサ基板を構成する素子用ウェハを挟み込んだ構成とされている。両封止用ウェハにおける素子用ウェハ側の一面を所定深さ除去して真空室を構成し、この真空室内に水晶振動子を配置している。そして、キャップ層を構成する封止用ウェハ側に貫通孔を形成すると共に貫通孔内に配線を備え、素子用ウェハを両封止用ウェハによって挟み込んだときに、素子用ウェハに形成された電極パッドが封止用ウェハに形成された配線と電気的に接続され、配線を通じて水晶振動子と外部との電気的接続が行えるようになっている。 The WLP obtained by vacuum-sealing the crystal resonator has a configuration in which an element wafer constituting a sensor substrate is sandwiched between two sealing wafers constituting a support substrate and a cap layer. A vacuum chamber is formed by removing a predetermined depth on one side of the element wafer side of both sealing wafers, and a crystal resonator is arranged in the vacuum chamber. Then, a through hole is formed on the side of the sealing wafer constituting the cap layer and wiring is provided in the through hole, and the electrode formed on the element wafer when the element wafer is sandwiched between the two sealing wafers. The pad is electrically connected to the wiring formed on the sealing wafer so that the crystal resonator can be electrically connected to the outside through the wiring.

特開２０１３−５５６３２号公報JP 2013-55632 A

水晶基板を用いたＷＬＰでは、水晶の結晶成長の特異性より、四角形のものが多く、同じ形で貼り合わせし易いなどの理由により、水晶振動子を含むセンサ基板と支持基板およびキャップ層を３枚の水晶基板で構成し、各基板を金属接合部で接合することが多い。水晶振動を含むセンサ基板を支持基板およびキャップ層によって挟み込み、金属接合部を介して接合する場合、キャップ層が圧電材料である水晶で構成されていることから、金属接合部においてキャップ層に接合歪みが発生し、電荷が誘発される。このため、外部接続用の配線部などに電荷が発生してしまい、センサ信号に影響を与えるなどの理由によってセンサ精度が悪化するという問題が生じる。 In WLP using a quartz substrate, the sensor substrate including the quartz resonator, the support substrate, and the cap layer are arranged in 3 for the reason that there are many quadrangles due to the crystal growth specificity of the quartz and it is easy to bond them in the same shape. It is often composed of a single quartz substrate, and each substrate is often joined by a metal joint. When a sensor substrate containing crystal vibration is sandwiched between a support substrate and a cap layer and bonded via a metal joint, the cap layer is composed of quartz crystal, which is a piezoelectric material. Occurs and charges are induced. For this reason, electric charges are generated in the external connection wiring portion, and there is a problem that the sensor accuracy is deteriorated due to an influence on the sensor signal.

なお、ここでは水晶振動子を備えたセンサ基板が適用される装置、つまり力学量センサを例に挙げて説明しているが、水晶振動子を発振器に適用する場合にも、接合歪みによる問題を発生させる。具体的には、接合歪みによって発生する電荷が発振器における発振周波数に影響を与え、精度良い発振周波数が得られなくなるという問題がある。つまり、発振器や力学量センサのように、水晶振動子を備える発振装置について上記問題が発生し得る。 In this example, a device to which a sensor substrate having a crystal resonator is applied, that is, a mechanical quantity sensor is described as an example. However, even when the crystal resonator is applied to an oscillator, there is a problem due to junction distortion. generate. Specifically, there is a problem that charges generated by junction distortion affect the oscillation frequency of the oscillator, and an accurate oscillation frequency cannot be obtained. That is, the above problem may occur in an oscillation device including a crystal resonator such as an oscillator or a mechanical quantity sensor.

また、ここでは水晶振動子が形成された水晶基板に対して、同様に水晶基板で構成される支持基板およびキャップ層を接合したＷＬＰを例に挙げている。しかし、接合歪みの問題は、キャップ層が水晶基板によって構成されることで発生するのであり、支持基板については水晶基板で構成されていなかったとしても発生する。 Further, here, a WLP in which a support substrate and a cap layer, which are similarly formed of a crystal substrate, are bonded to a crystal substrate on which a crystal resonator is formed is described as an example. However, the problem of bonding distortion occurs because the cap layer is formed of a quartz substrate, and the support substrate is generated even if it is not formed of a quartz substrate.

本発明は上記点に鑑みて、水晶振動子を有する振動基板を支持基板および水晶基板で構成されるキャップ層によって挟み込み、接合部を介して接合するＷＬＰにて構成される発振装置において、接合歪みによる精度悪化を抑制することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides an oscillation device including a WLP in which a vibration substrate having a crystal resonator is sandwiched between a support substrate and a cap layer including a crystal substrate and bonded via a bonding portion. The purpose is to suppress the deterioration of accuracy due to.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、水晶基板によって構成され、電圧印加に基づいて振動させられる振動子（１３）と、該振動子に連結されていると共に振動子の周囲を囲む周辺部（１２）とを有してなる振動基板（１０）と、振動基板の一面側に配置され、周辺部において振動基板と接合された支持基板（４０）と、振動基板の一面と反対側となる他面側に配置され、周辺部において接合部（６１）を介して振動基板と接合されると共に、振動基板に対して電気的に接続されるパッド部が形成されたキャップ層（５０）と、を有し、キャップ層における振動基板側の一面には、パッド部と対向する導体パターン（８０）が形成され、該導体パターンがパッド部と電気的に接続されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a vibrator (13) constituted by a quartz substrate and vibrated based on voltage application, and connected to the vibrator and around the vibrator A vibration substrate (10) having a peripheral portion (12) surrounding the substrate, a support substrate (40) disposed on one surface side of the vibration substrate and bonded to the vibration substrate in the peripheral portion, and one surface of the vibration substrate A cap layer (disposed on the other surface side which is the opposite side) and bonded to the vibration substrate at the peripheral portion via the bonding portion (61) and having a pad portion electrically connected to the vibration substrate ( 50), and a conductor pattern (80) facing the pad portion is formed on one surface of the cap layer on the vibration substrate side, and the conductor pattern is electrically connected to the pad portion. It is said.

このように、キャップ層に対してパッド部と対向する導体パターンを形成するようにし、パッド部と導体パターンとが電気的に接続されるようにしている。このため、キャップ層の表裏両面に発生する正負それぞれの電荷がパッド部や導体パターンに引き抜かれ、これらの中で正負の電荷が結合してキャンセルされるようにすることができる。したがって、接合部での接合歪みによって電荷が誘発されたとしても、外部接続用の各パッド部への影響、例えばセンサ信号に影響を与えることなどを抑制でき、精度が悪化することを抑制することが可能となる。 In this way, a conductor pattern facing the pad portion is formed on the cap layer, and the pad portion and the conductor pattern are electrically connected. For this reason, the positive and negative charges generated on the front and back surfaces of the cap layer can be drawn out to the pad portion and the conductor pattern, and the positive and negative charges can be combined and canceled in these. Therefore, even if the charge is induced by the junction distortion at the junction, it is possible to suppress the influence on each pad portion for external connection, for example, the influence on the sensor signal, and to suppress the deterioration of the accuracy. Is possible.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第１実施形態にかかる力学量センサの正面レイアウトを示す図である。It is a figure which shows the front layout of the dynamic quantity sensor concerning 1st Embodiment of this invention. 図１のII−II断面図である。It is II-II sectional drawing of FIG. 図１のIII−III断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1. 水晶基板１００に圧力が加わったときの電荷の様子を表した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a state of charge when pressure is applied to the quartz substrate 100. 本発明の第２実施形態にかかる力学量センサの正面レイアウトを示す図である。It is a figure which shows the front layout of the physical quantity sensor concerning 2nd Embodiment of this invention. 図５のVI-VI断面図である。It is VI-VI sectional drawing of FIG.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１〜図３を参照しつつ説明する。図１および図２に示されるように、力学量センサは、センサ基板１０、支持基板４０およびキャップ層５０などを備えたＷＬＰ構造とされている。センサ基板１０の一面側を裏面１０ａ、その反対側の一面を表面１０ｂとすると、裏面１０ａ側に金属接合部６０を介して支持基板４０が接合され、表面１０ｂ側に金属接合部６１を介してキャップ層５０が接合されている。このように、センサ基板１０を支持基板４０およびキャップ層５０によって挟み込むことで真空室を構成し、この内側にセンサ部１１が配置される構造とされている。本実施形態では、センサ基板１０、支持基板４０およびキャップ層５０をすべて圧電基板である水晶基板によって構成しているが、少なくともセンサ基板１０およびキャップ層５０が水晶基板で構成されていれば良く、支持基板４０やキャップ層５０についてはガラスなどの他の材料によって構成されていても良い。 (First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the mechanical quantity sensor has a WLP structure including a sensor substrate 10, a support substrate 40, a cap layer 50, and the like. If one side of the sensor substrate 10 is the back surface 10a and the other surface is the front surface 10b, the support substrate 40 is bonded to the back surface 10a via the metal bonding portion 60, and the metal bonding portion 61 is connected to the front surface 10b side. The cap layer 50 is joined. As described above, the sensor substrate 10 is sandwiched between the support substrate 40 and the cap layer 50 to form a vacuum chamber, and the sensor unit 11 is disposed inside the vacuum chamber. In the present embodiment, the sensor substrate 10, the support substrate 40, and the cap layer 50 are all configured by a quartz crystal substrate that is a piezoelectric substrate, but it is sufficient that at least the sensor substrate 10 and the cap layer 50 are configured by a crystal substrate, The support substrate 40 and the cap layer 50 may be made of other materials such as glass.

センサ基板１０は、図１に示すように、センサ部１１と、センサ部１１の周囲を囲む周辺部１２とを有した構成とされている。センサ部１１は、水晶振動子１３を備えたものである。本実施形態では、水晶振動子１３として三脚音叉型振動子を適用しているが、他の構造のもの、例えばＴ型音叉型、Ｈ型音叉などのような振動子として従来より知られている構造のものを適用できる。 As shown in FIG. 1, the sensor substrate 10 includes a sensor unit 11 and a peripheral unit 12 surrounding the sensor unit 11. The sensor unit 11 includes a crystal resonator 13. In the present embodiment, a tripod tuning fork type vibrator is applied as the crystal vibrator 13, but conventionally known as vibrators of other structures, such as T type tuning fork type, H type tuning fork, and the like. The structure can be applied.

センサ部１１は、センサ基板１０に対して周知のマイクロマシン加工を行って溝部１０ｃを形成し、水晶振動子１３を周辺部１２から区画することによって形成されている。 The sensor unit 11 is formed by performing well-known micromachining on the sensor substrate 10 to form the groove 10 c and partitioning the crystal resonator 13 from the peripheral part 12.

水晶振動子１３は、第１駆動片１４、第２駆動片１５および検出片１６が基部１７にて支持され、基部１７を連結部位として第１駆動片１４、第２駆動片１５および検出片１６が周辺部１２に連結された構成とされている。詳述すると、水晶振動子１３は、第１、第２駆動片１４、１５および検出片１６が基部１７から同じ方向に突出するように配置された三脚音叉型とされており、検出片１６が第１、第２駆動片１４、１５の間に配置されている。 In the crystal resonator 13, the first drive piece 14, the second drive piece 15, and the detection piece 16 are supported by the base portion 17, and the first drive piece 14, the second drive piece 15, and the detection piece 16 are used with the base portion 17 as a connection portion. Are connected to the peripheral portion 12. More specifically, the crystal resonator 13 is a tripod tuning fork type in which the first and second drive pieces 14 and 15 and the detection piece 16 are arranged so as to protrude from the base portion 17 in the same direction. It is disposed between the first and second drive pieces 14 and 15.

基部１７には、外乱振動を吸収する防振部１７ａが形成されている。防振部１７ａは、第１駆動片１４、第２駆動片１５および検出片１６の長手方向に対する垂直方向を長手方向とした２本の梁部１７ｂと２本の梁部１７ｂを繋ぐ接続部１７ｃとを有した構成とされている。このような構成により、外乱振動が生じたときに梁部１７ｂが撓むことでその外乱振動が吸収され、第１駆動片１４、第２駆動片１５および検出片１６への影響が抑制されるようになっている。 The base portion 17 is formed with a vibration isolating portion 17a that absorbs disturbance vibrations. The vibration isolator 17a is a connecting portion 17c that connects the two beam portions 17b and the two beam portions 17b with the longitudinal direction of the first drive piece 14, the second drive piece 15 and the detection piece 16 as the longitudinal direction. It is set as the structure with these. With such a configuration, when disturbance vibration occurs, the beam portion 17b bends to absorb the disturbance vibration, and the influence on the first drive piece 14, the second drive piece 15 and the detection piece 16 is suppressed. It is like that.

第１、第２駆動片１４、１５および検出片１６は、図３に示されるように、センサ基板１０の面方向と平行となる表面１４ａ、１５ａ、１６ａ、裏面１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、側面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄ、１６ｃ、１６ｄを有する断面矩形状とされた棒状とされている。 As shown in FIG. 3, the first and second drive pieces 14 and 15 and the detection piece 16 are front surfaces 14a, 15a and 16a, back surfaces 14b, 15b and 16b, and side surfaces 14c which are parallel to the surface direction of the sensor substrate 10. , 14d, 15c, 15d, 16c, and 16d.

そして、第１駆動片１４には、表面１４ａに駆動電極１９ａが形成されていると共に裏面１４ｂに駆動電極１９ｂが形成され、側面１４ｃ、１４ｄに共通電極１９ｃ、１９ｄが形成されている。同様に、第２駆動片１５には、表面１５ａに駆動電極２０ａが形成されていると共に裏面１５ｂに駆動電極２０ｂが形成され、側面１５ｃ、１５ｄに共通電極２０ｃ、２０ｄが形成されている。また、検出片１６には、表面１６ａに検出電極２１ａが形成されていると共に裏面１６ｂに検出電極２１ｂが形成され、側面１６ｃ、１６ｄに共通電極２１ｃ、２１ｄが形成されている。 In the first drive piece 14, a drive electrode 19a is formed on the front surface 14a, a drive electrode 19b is formed on the back surface 14b, and common electrodes 19c and 19d are formed on the side surfaces 14c and 14d. Similarly, in the second drive piece 15, a drive electrode 20a is formed on the front surface 15a, a drive electrode 20b is formed on the back surface 15b, and common electrodes 20c and 20d are formed on the side surfaces 15c and 15d. Further, in the detection piece 16, a detection electrode 21a is formed on the front surface 16a, a detection electrode 21b is formed on the back surface 16b, and common electrodes 21c and 21d are formed on the side surfaces 16c and 16d.

このように、本実施形態では、第１、第２駆動片１４、１５、検出片１６、駆動電極１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、検出電極２１ａ、２１ｂ、共通電極１９ｃ、１９ｄ、２０ｃ、２０ｄ、２１ｃ、２１ｄを含んでセンサ部１１が構成されている。 Thus, in the present embodiment, the first and second drive pieces 14 and 15, the detection piece 16, the drive electrodes 19a, 19b, 20a and 20b, the detection electrodes 21a and 21b, the common electrodes 19c, 19d, 20c and 20d, The sensor unit 11 includes 21c and 21d.

周辺部１２には、図１に示されるように、駆動電極１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、検出電極２１ａ、２１ｂ、共通電極１９ｃ、１９ｄ、２０ｃ、２０ｄ、２１ｃ、２１ｄと図示しない配線層等を介して電気的に接続される複数のパッド接続部２３が形成されている。 As shown in FIG. 1, the peripheral portion 12 includes drive electrodes 19a, 19b, 20a, 20b, detection electrodes 21a, 21b, common electrodes 19c, 19d, 20c, 20d, 21c, 21d and a wiring layer (not shown). A plurality of pad connecting portions 23 that are electrically connected to each other are formed.

パッド接続部２３は、駆動電圧印加用の電源パッド接続部２３ａやセンサ出力用の出力パッド接続部２３ｂおよび接地電位印加用の接地パッド接続部２３ｃなどがある。各パッド接続部２３は、上記した各種電極１９ａ〜１９ｄ、２０ａ〜２０ｄ、２１ａ〜２１ｄから引き出された配線パターンに繋がっており、例えば配線パターンの一部として形成されている。 The pad connection unit 23 includes a power supply pad connection unit 23a for applying a drive voltage, an output pad connection unit 23b for sensor output, and a ground pad connection unit 23c for applying a ground potential. Each pad connection portion 23 is connected to the wiring pattern drawn from the various electrodes 19a to 19d, 20a to 20d, and 21a to 21d, and is formed as a part of the wiring pattern, for example.

例えば、駆動電極１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂは電源パッド接続部２３ａに接続される。検出電極２１ａ、２１ｂは出力パッド接続部２３ｂに接続される。共通電極１９ｃ、１９ｄ、２０ｃ、２０ｄ、２１ｃ、２１ｄは接地パッド接続部２３ｃに接続される。なお、図１では、センサ基板１０に形成された各部については実線で示してあるが、キャップ層５０に形成した部分などは破線で示してある。また、ここで図示したパッド接続部２３は一例を示したに過ぎず、必ずしも図に示した数でなくても良い。 For example, the drive electrodes 19a, 19b, 20a, and 20b are connected to the power pad connecting portion 23a. The detection electrodes 21a and 21b are connected to the output pad connection portion 23b. The common electrodes 19c, 19d, 20c, 20d, 21c, and 21d are connected to the ground pad connecting portion 23c. In FIG. 1, each part formed on the sensor substrate 10 is indicated by a solid line, but a part formed on the cap layer 50 is indicated by a broken line. Moreover, the pad connection part 23 shown here is only an example, and the number shown in the drawing is not necessarily required.

さらに、センサ基板１０の裏面１０ａおよび表面１０ｂ側には、センサ部１１を１周囲むように金属接合部６０、６１の一部を構成する接合パターン６０ａ、６１ａが形成されている。これら接合パターン６０ａ、６０ｂは、例えば金属共晶による金属結合が行われる金属材料で構成されており、例えば金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）などを用いて形成されている。 Furthermore, bonding patterns 60a and 61a constituting part of the metal bonding portions 60 and 61 are formed on the back surface 10a and the front surface 10b side of the sensor substrate 10 so as to surround the sensor portion 11 by one. These bonding patterns 60a and 60b are made of, for example, a metal material that is subjected to metal bonding by metal eutectic, and are formed using, for example, gold (Au) or copper (Cu).

支持基板４０は、例えば水晶基板によって構成され、センサ基板１０側の一面のうち周辺部１２と対応する部分よりも内側、つまりセンサ部１１と対応する位置においてキャビティ４１が形成されている。このようなキャビティ４１が形成されていることにより、水晶振動子１３が支持基板４０と接触し難くなるようにされている。また、支持基板４０における周辺部１２と対応する部分には、センサ部１１を１周囲むように金属接合部６０の一部を構成する接合パターン６０ｂが形成されている。接合パターン６０ｂは、例えば金属共晶による金属結合が行われる金属材料で構成されており、例えば金や銅などを用いて形成されている。接合パターン６０ｂは、センサ基板１０の裏面１０ａ側に形成された接合パターン６０ａと同パターンとされており、接合パターン６０ａ、６０ｂが金属接合されることで金属接合部６０が構成され、支持基板４０とセンサ基板１０との接合が行われている。 The support substrate 40 is made of, for example, a quartz substrate, and a cavity 41 is formed on the inner surface of the one surface on the sensor substrate 10 side of the portion corresponding to the peripheral portion 12, that is, at a position corresponding to the sensor portion 11. By forming such a cavity 41, the crystal resonator 13 is made difficult to come into contact with the support substrate 40. Further, a bonding pattern 60 b constituting a part of the metal bonding portion 60 is formed at a portion corresponding to the peripheral portion 12 in the support substrate 40 so as to surround the sensor portion 11 by one. The bonding pattern 60b is made of, for example, a metal material that is subjected to metal bonding by metal eutectic, and is formed using, for example, gold or copper. The bonding pattern 60 b is the same pattern as the bonding pattern 60 a formed on the back surface 10 a side of the sensor substrate 10, and the metal bonding portion 60 is configured by metal bonding of the bonding patterns 60 a and 60 b, and the support substrate 40. And the sensor substrate 10 are joined.

キャップ層５０は、例えば水晶基板によって構成され、センサ基板１０側の一面のうち周辺部１２と対応する部分よりも内側、つまりセンサ部１１と対応する位置においてキャビティ５１が形成されている。このようなキャビティ５１が形成されていることにより、水晶振動子１３がキャップ層５０と接触し難くなるようにされている。また、キャップ層５０における周辺部１２と対応する部分には、センサ部１１を１周囲むように金属接合部６１の一部を構成する接合パターン６１ｂが形成されている。接合パターン６１ｂは、例えば金属共晶による金属結合が行われる金属材料で構成されており、例えば金や銅などを用いて形成されている。接合パターン６１ｂは、センサ基板１０の表面１０ｂ側に形成された接合パターン６１ａと同パターンとされており、接合パターン６１ａ、６１ｂが金属接合されることで金属接合部６１が構成され、キャップ層５０とセンサ基板１０との接合が行われている。 The cap layer 50 is made of, for example, a quartz substrate, and a cavity 51 is formed on the inner surface of the one surface on the sensor substrate 10 side of the portion corresponding to the peripheral portion 12, that is, at a position corresponding to the sensor portion 11. By forming such a cavity 51, the crystal resonator 13 is made difficult to come into contact with the cap layer 50. Further, a bonding pattern 61 b constituting a part of the metal bonding portion 61 is formed at a portion corresponding to the peripheral portion 12 in the cap layer 50 so as to surround the sensor portion 11 by one. The bonding pattern 61b is made of, for example, a metal material that is subjected to metal bonding by metal eutectic, and is formed using, for example, gold or copper. The bonding pattern 61b is the same pattern as the bonding pattern 61a formed on the surface 10b side of the sensor substrate 10, and the bonding pattern 61a, 61b is metal bonded to form the metal bonding portion 61, and the cap layer 50 is formed. And the sensor substrate 10 are joined.

また、キャップ層５０には、各パッド接続部２３と対応する位置に貫通孔５２が形成されていると共に、貫通孔５２内からキャップ層５０のうちセンサ基板１０と反対側の一面に至るように延設されたパッド部７０が形成されている。パッド部７０は、各パッド接続部２３と対応して電源印加用の電源パッド部７０ａ、センサ出力用の出力パッド部７０ｂ、接地電位印加用の接地パッド部７０ｃなどがあり、それぞれが分離されてる。そして、各パッド部７０が対応する各パッド接続部２３に電気的に接続されている。 Further, the cap layer 50 is formed with through holes 52 at positions corresponding to the pad connecting portions 23, and extends from the through holes 52 to one surface of the cap layer 50 on the side opposite to the sensor substrate 10. An extended pad portion 70 is formed. The pad section 70 includes a power supply pad section 70a for applying power, an output pad section 70b for sensor output, a ground pad section 70c for applying a ground potential, etc. corresponding to each pad connecting section 23, and each is separated. . And each pad part 70 is electrically connected to each corresponding pad connection part 23.

パッド部７０は、例えば、キャップ層５０に対してエッチングなどによって貫通孔５２を形成したのち、貫通孔５２内を含めてアルミニウム（Ａｌ）などの電極材料にて構成される導体層を成膜し、これをエッチングでパターンすることなどによって形成される。なお、パッド部７０の形成については、キャップ層５０をセンサ基板１０に接合する前であっても後であっても、いずれであっても良い。 For example, after the through hole 52 is formed on the cap layer 50 by etching or the like, the pad portion 70 forms a conductive layer made of an electrode material such as aluminum (Al) including the inside of the through hole 52. It is formed by patterning this by etching. The pad portion 70 may be formed either before or after the cap layer 50 is bonded to the sensor substrate 10.

さらに、キャップ層５０におけるセンサ基板１０側の一面には、図中にニ点鎖線で示したように、各パッド部７０と対向する導体パターン８０が形成されている。具体的には、電源パッド部７０ａと対向配置された電源パターン８０ａ、出力パッド部７０ｂと対向配置された出力パターン８０ｂ、接地パッド部７０ｃと対向配置された接地パターン８０ｃなどが備えられている。これらの導体パターン８０は、好ましくはキャップ層５０の表面の法線方向から見たレイアウトが各パッド部７０と同じレイアウトで形成されている。そして、これら導体パターン８０は、貫通孔５２を通じて対向する各パッド部７０と電気的に接続されている。また、導体パターン８０は、例えばパッド部７０を構成する材料と同材料（例えばアルミニウム）によって構成されており、キャップ層５０の一面に導体層を形成したのちパターニングすることで形成されている。 Furthermore, on one surface of the cap layer 50 on the sensor substrate 10 side, a conductor pattern 80 facing each pad portion 70 is formed as indicated by a two-dot chain line in the drawing. Specifically, a power pattern 80a disposed to face the power pad portion 70a, an output pattern 80b disposed to face the output pad portion 70b, a ground pattern 80c disposed to face the ground pad portion 70c, and the like are provided. These conductor patterns 80 are preferably formed in the same layout as each pad portion 70 as viewed from the normal direction of the surface of the cap layer 50. The conductor patterns 80 are electrically connected to the opposing pad portions 70 through the through holes 52. The conductor pattern 80 is made of, for example, the same material (for example, aluminum) as that of the pad portion 70 and is formed by patterning after forming a conductor layer on one surface of the cap layer 50.

以上が本実施形態における力学量センサの構成である。このような力学量センサは、例えばセンサ部１１に形成された水晶振動子１３を用いて角速度検出を行うジャイロセンサを構成する。次に、本実施形態にかかる力学量センサの作動について説明する。 The above is the configuration of the mechanical quantity sensor in the present embodiment. Such a mechanical quantity sensor constitutes a gyro sensor that performs angular velocity detection using, for example, a crystal resonator 13 formed in the sensor unit 11. Next, the operation of the mechanical quantity sensor according to this embodiment will be described.

第１駆動片１４の駆動電極１９ａ、１９ｂと第２駆動片１５の駆動電極２０ａ、２０ｂに位相が１８０°異なる駆動信号（搬送波）が印加されると、第１、第２駆動片１４、１５は図１の紙面左右方向に振動し、検出片１６はほぼ静止した状態となる。そして、この状態でセンサ基板１０の面内で角速度が印加されると、角速度に応じて検出片１６が紙面左右方向に振動する。これにより、圧電現象に基づいて検出片１６に電荷が発生し、これが検出電極２１ａ、２１ｂを介して出力されることから、この電荷の発生に基づくセンサ出力をセンサ信号として角速度が検出される。 When drive signals (carrier waves) having a phase difference of 180 ° are applied to the drive electrodes 19a and 19b of the first drive piece 14 and the drive electrodes 20a and 20b of the second drive piece 15, the first and second drive pieces 14 and 15 are applied. 1 vibrates in the left-right direction in FIG. 1, and the detection piece 16 becomes almost stationary. When an angular velocity is applied within the surface of the sensor substrate 10 in this state, the detection piece 16 vibrates in the left-right direction on the paper surface according to the angular velocity. As a result, charges are generated in the detection piece 16 based on the piezoelectric phenomenon, and this is output via the detection electrodes 21a and 21b. Therefore, the angular velocity is detected using the sensor output based on the generation of the charges as a sensor signal.

このようにして角速度を検出することができるが、キャップ層５０を圧電基板である水晶基板で構成していることから、金属接合部６１を介してセンサ基板１０と接合している接合部に接合歪みが発生する。この接合歪みが原因となって、キャップ層５０に電荷が誘発される。図４に示すように、一般的に、水晶基板１００に圧力を加えると、水晶基板１００の表裏に電荷が発生する。圧力が加えたのが裏面であれば、図４に示すように裏面側に圧縮応力が加わって−電荷が誘発され、表面側に引張応力が加わって＋電荷が誘発される。逆に、水晶基板１００を引っ張ると表裏の入れ替わる。水晶振動子１３は、第１駆動片１４および第２駆動片１５に対して駆動電極１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂを取り付け、これらに電圧を印加するものである。これにより、第１駆動片１４および第２駆動片１５を振動させるという逆圧電現象を利用して所望の周波数での振動を可能としている。しかしながら、キャップ層５０も水晶基板によって構成すると、接合歪みによって電荷を発生させてしまう。 Although the angular velocity can be detected in this way, since the cap layer 50 is formed of a quartz crystal substrate, which is a piezoelectric substrate, it is bonded to the bonding portion bonded to the sensor substrate 10 via the metal bonding portion 61. Distortion occurs. Due to this junction distortion, charges are induced in the cap layer 50. As shown in FIG. 4, generally, when pressure is applied to the quartz substrate 100, charges are generated on the front and back of the quartz substrate 100. If the pressure is applied to the back surface, as shown in FIG. 4, compressive stress is applied to the back surface side to induce -charge, and tensile stress is applied to the front surface side to induce + charge. Conversely, when the quartz substrate 100 is pulled, the front and back are switched. The crystal resonator 13 has drive electrodes 19a, 19b, 20a, and 20b attached to the first drive piece 14 and the second drive piece 15 and applies a voltage thereto. Thereby, the vibration at a desired frequency is made possible by utilizing the reverse piezoelectric phenomenon that the first driving piece 14 and the second driving piece 15 are vibrated. However, if the cap layer 50 is also made of a quartz substrate, electric charges are generated due to junction distortion.

これに対して、本実施形態では、キャップ層５０に対してパッド部７０と対向する導体パターン８０を形成するようにし、パッド部７０と導体パターン８０とが電気的に接続されるようにしている。このため、キャップ層５０の表裏両面に発生する正負それぞれの電荷がパッド部７０や導体パターン８０に引き抜かれ、これらの中で正負の電荷が結合してキャンセルされるようにすることができる。したがって、金属接合部６１での接合歪みによって電荷が誘発されたとしても、外部接続用の各パッド部７０への影響、例えばセンサ信号に影響を与えることなどを抑制でき、センサ精度が悪化することを抑制することが可能となる。 On the other hand, in the present embodiment, the conductor pattern 80 facing the pad portion 70 is formed on the cap layer 50, and the pad portion 70 and the conductor pattern 80 are electrically connected. . For this reason, the positive and negative charges generated on the front and back surfaces of the cap layer 50 are drawn out to the pad portion 70 and the conductor pattern 80, and the positive and negative charges can be combined and canceled in these. Therefore, even if electric charges are induced by the bonding distortion in the metal bonding portion 61, it is possible to suppress the influence on each pad portion 70 for external connection, for example, the influence on the sensor signal, and the sensor accuracy is deteriorated. Can be suppressed.

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してパッド部７０や導体パターン８０の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the configuration of the pad part 70 and the conductor pattern 80 is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the parts different from the first embodiment are described. explain.

図５および図６に示すように、本実施形態では、キャップ層５０のうちセンサ部１１と対応する位置に、導体パターン８０と同様の機能を行う被覆パターン８１を形成している。具体的には、図５中の二点鎖線で示したように、センサ部１１および溝部１０ｃと対応する領域を含めて、それ以上の広い範囲の領域を被覆パターン８１とし、接地パッド部７０ｃに接続している。 As shown in FIGS. 5 and 6, in the present embodiment, a covering pattern 81 that performs the same function as the conductor pattern 80 is formed in a position corresponding to the sensor unit 11 in the cap layer 50. Specifically, as shown by a two-dot chain line in FIG. 5, a wider area including the area corresponding to the sensor part 11 and the groove part 10c is used as the covering pattern 81, and the ground pad part 70c Connected.

被覆パターン８１は、キャップ層５０の表裏両面、つまりセンサ基板１０側の一面とその反対側の一面の両方に備えられており、それぞれが同じパターンとされて対向配置されている。 The covering pattern 81 is provided on both the front and back surfaces of the cap layer 50, that is, both one surface on the sensor substrate 10 side and the other surface on the opposite side, and each of them is formed in the same pattern and arranged to face each other.

このように、キャップ層５０の表裏両面において同じパターンで被覆パターン８１を形成している。このため、表裏両面に発生する正負それぞれの電荷を共に引き抜いて接地パッド部７０ｃに至ったときに正負の電荷が結合してキャンセルされるようにすることができる。例えば、キャップ層５０がダイヤフラムとして機能して変位する可能性があるが、そのような場合にキャップ層５０に発生し得る電荷を引き抜くことが可能となる。特に、真空室が構成される場合には外部の大気圧との間の圧力差に基づいてキャップ層５０が変位し易くなるし、キャビティ５１が形成される場合にはキャップ層５０が尚更に変位し易くなる。したがって、被覆パターン８を形成することで、よりセンサ精度の向上を図ることが可能となる。また、キャップ層５０のうちセンサ部１１と対応する部分を覆うように被覆パターン８１を形成し、これを接地電位とされる接地パッド部７０ｃに接続することで、ノイズなどに対するシールド効果を持たせることが可能となる。 Thus, the covering pattern 81 is formed in the same pattern on both the front and back surfaces of the cap layer 50. For this reason, when both the positive and negative charges generated on the front and back surfaces are both extracted to reach the ground pad portion 70c, the positive and negative charges can be combined and canceled. For example, the cap layer 50 may be displaced by functioning as a diaphragm. In such a case, charges that can be generated in the cap layer 50 can be extracted. In particular, when a vacuum chamber is configured, the cap layer 50 is easily displaced based on a pressure difference from the external atmospheric pressure, and when the cavity 51 is formed, the cap layer 50 is further displaced. It becomes easy to do. Therefore, it is possible to further improve the sensor accuracy by forming the covering pattern 8. Further, a covering pattern 81 is formed so as to cover a portion corresponding to the sensor portion 11 in the cap layer 50, and this is connected to the ground pad portion 70c having a ground potential, thereby providing a shielding effect against noise and the like. It becomes possible.

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、
例えば、上記各実施形態では、水晶振動子を有する発振装置として力学量センサ、具体的にはジャイロセンサを例に挙げて説明した。しかしながら、これは一例を示したに過ぎない。すなわち、ジャイロセンサ以外の水晶振動子を有する力学量センサ、例えば加速度センサに対しても適用できる。また、水晶振動子としては上記各実施形態で説明したような構造のものに限らず、例えばＳＡＷ素子のようにセンサ基板の表面にＳＡＷを発生させることで力学量の検出を行う力学量センサであっても良い。また、力学量センサに限らず、発振装置としては、水晶発振器なども含まれる。すなわち、水晶基板によって構成され振動子を有する振動基板に対して、支持基板と水晶基板にて構成されるキャップ層とを接合する発振装置に対して、本発明を適用できる。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims. Also,
For example, in each of the embodiments described above, a mechanical quantity sensor, specifically a gyro sensor, has been described as an example of an oscillation device having a crystal resonator. However, this is only an example. That is, the present invention can also be applied to a mechanical quantity sensor having a crystal resonator other than a gyro sensor, for example, an acceleration sensor. Further, the quartz resonator is not limited to the one having the structure described in the above embodiments, but is a mechanical quantity sensor that detects a mechanical quantity by generating SAW on the surface of the sensor substrate, such as a SAW element. There may be. In addition to the mechanical quantity sensor, the oscillation device includes a crystal oscillator and the like. In other words, the present invention can be applied to an oscillation device in which a support substrate and a cap layer formed of a quartz substrate are bonded to a vibrating substrate constituted by a quartz substrate and having a vibrator.

また、上記実施形態では、基部１７に対して防振部１７ａを備えた構造としたが、防振部１７ａがない構造であっても良い。 Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure provided with the anti-vibration part 17a with respect to the base 17, the structure without the anti-vibration part 17a may be sufficient.

また、上記実施形態では、被覆パターン８１を接地パッド部７０ｃに接続することで、導体パターン８０のうち接地パッド部７０ｃと対向配置された部分と接続されるようにしている。しかしながら、被覆パターン８１を導体パターン８０から独立した構造とし、被覆パターン８１のみを独立してキャップ層５０の表裏で電気的に接続した構造としても良い。さらに、シールド機能としての機能も有するように被覆パターン８１を接地パターン８０ｃや接地パッド部７０ｃに接続しているが、互いに対向配置されている他のパッド部７０や他の導体パターン８０に接続されるようにしても良い。 In the above-described embodiment, the covering pattern 81 is connected to the ground pad portion 70c, so that the conductor pattern 80 is connected to a portion disposed opposite to the ground pad portion 70c. However, the covering pattern 81 may be independent from the conductor pattern 80, and only the covering pattern 81 may be independent and electrically connected to the front and back of the cap layer 50. Further, the covering pattern 81 is connected to the ground pattern 80c and the ground pad portion 70c so as to have a function as a shield function, but is connected to the other pad portion 70 and the other conductor pattern 80 which are arranged to face each other. You may make it.

１０センサ基板
１１センサ部
１２周辺部
１３水晶振動子
４０支持基板
５０キャップ層
７０パッド部
８０導体パターン
８１被覆パターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor board | substrate 11 Sensor part 12 Peripheral part 13 Crystal oscillator 40 Support substrate 50 Cap layer 70 Pad part 80 Conductor pattern 81 Covering pattern

Claims

A vibration substrate comprising a quartz substrate and having a vibrator (13) that is vibrated based on voltage application and a peripheral portion (12) connected to the vibrator and surrounding the vibrator. (10) and
A support substrate (40) disposed on one surface side of the vibration substrate and bonded to the vibration substrate in the peripheral portion;
It is disposed on the other surface side opposite to the one surface of the vibration substrate, and is joined to the vibration substrate via a joint portion (61) in the peripheral portion and is electrically connected to the vibration substrate. A cap layer (50) having a pad portion formed thereon,
An oscillation device characterized in that a conductor pattern (80) facing the pad portion is formed on one surface of the cap layer on the vibration substrate side, and the conductor pattern is electrically connected to the pad portion. .

The oscillation device according to claim 1 comprises:
A mechanical quantity sensor configured as a sensor board constituting a sensor unit (11) in which the vibration board is displaced according to a mechanical quantity applied by the vibrator;
In the cap layer, as the pad portion, a power supply pad portion (70a) for applying a voltage to the vibrator, and an output pad for outputting a detection signal corresponding to the mechanical quantity based on the displacement of the vibrator Part (70b) and a ground pad part (70c) connected to the ground potential point of the sensor substrate are formed,
The conductor pattern includes a power pattern (80a), an output pattern (80b), and a ground pattern (80c) provided to face the power pad portion, the output pad portion, and the ground pad portion, respectively. A pad portion and the power supply pattern are electrically connected, the output pad portion and the output pattern are electrically connected, and the ground pad portion and the ground pattern are electrically connected. A mechanical quantity sensor.

The mechanical quantity sensor according to claim 2, wherein a through hole (52) is formed in the cap layer, and the pad portion and the conductor pattern are electrically connected through the through hole. .

A covering pattern (81) is formed on both one surface of the cap layer on the sensor substrate side and one surface on the opposite side of the sensor substrate so as to cover a portion corresponding to the vibrator. The mechanical quantity sensor according to claim 2 or 3, wherein the patterns are electrically connected.

The covering pattern arranged on one surface of the cap layer on the sensor substrate side is connected to the conductor pattern, and the covering pattern is formed on one surface of the cap layer on the side opposite to the sensor substrate. The mechanical quantity sensor according to claim 4, wherein both of the covering patterns are electrically connected to each other by being connected to the pad portion.

The mechanical quantity sensor according to claim 5, wherein the covering pattern is electrically connected to the ground pad portion and the ground pattern.

The mechanical quantity sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein a vibration isolating section (17a) for absorbing disturbance vibration is provided at a connection portion between the vibrator and the peripheral section. .