JP5807755B2 - 圧電デバイス - Google Patents
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Description
パッケージと、
前記パッケージ内に収納された圧電素子と、
前記パッケージ内に収納されたヒーター素子と、
を有し、
前記圧電素子は、基部および前記基部から延出した梁部を有し、前記基部によって片持梁状または両持梁状に固定され、
前記ヒーター素子は、支持部および前記支持部によって前記パッケージから離間して支持される発熱部を有し、
前記発熱部は、前記支持部によって片持梁状または両持梁状に固定され、
前記発熱部および前記梁部は、互いに離間している、圧電デバイス。
適用例1において、
前記支持部は、前記発熱部への電流を供給するための導電性を有する、圧電デバイス。
適用例1において、
前記発熱部および前記支持部は、導電層を含み、一体的に形成された、圧電デバイス。
適用例1ないし適用例3のいずれか一例において、
さらに、前記パッケージ内に収容された支持体を含み、
前記圧電素子および前記支持部は、いずれも、前記支持体を介して前記パッケージに固定された、圧電デバイス。
適用例1ないし適用例4のいずれか一例において、
前記発熱部を複数有する、圧電デバイス。
パッケージ10は、少なくとも圧電素子20およびヒーター素子30を収容することのできる筐体である。パッケージ10の内部には、キャビティー12が形成される。該キャビティー12内に圧電素子20およびヒーター素子30が設置される。パッケージ10の外形形状は限定されず、たとえば、直方体状、円柱状などとすることができる。パッケージ10は、複数の部材から構成されてもよい。パッケージ10の機能の一つとしては、圧電素子20およびヒーター素子30に外部の部材が機械的に接触しないようにすることが挙げられる。また、パッケージ10の機能の一つとしては、圧電素子20およびヒーター素子30をキャビティー12内に密閉することが挙げられる。さらに、パッケージ10を密閉してキャビティー12内を減圧状態にすると、パッケージ10は、圧電素子20のQ値を高める機能、外部への熱の流出を抑制する機能の少なくとも一方を有することができる。本実施形態の圧電デバイスにおいては、パッケージ10は、ケース体14および蓋体16から構成されている。
ケース体14は、圧電素子20およびヒーター素子30を収容することができる容器状の形状を有する。ケース体14の平面的な形状は、本実施形態では、矩形の形状を有しているが、これに限定されず円形等でもよい。ケース体14の上部は、圧電素子20およびヒーター素子30をケース体14の内部に導入することができる程度の開口を有している。ケース体14の開口は、蓋体16によって気密封止されることができる。ケース体14は、内側底面に段差を有することができる。この段差は、たとえば、圧電素子20を片持ちまたは両持ち梁状に設置するために適宜設置されることができる。図1の例では、段差によって圧電素子20およびヒーター素子30がそれぞれ両持ち梁状に設置されている。なお、図2においては、蓋体16および圧電素子20は、透視させて破線を用いて輪郭を描いている。
は、底面にスルーホールを有することができる。スルーホールは、導電材によって埋められ、ケース体14の内部の導電部材と外部の導電部材とを電気的に接続するビアホールとなることができる。ビアホールに使用される導電材としては、たとえば、タングステン、モリブデンなどが挙げられる。ビアホールは、気密性を有することができる。さらに、ケース体14の外側には、表面実装用のパッド等を設けることができる。ケース体14の材質は、セラミック、ガラス等の無機材料であることができる。
蓋体16は、ケース体14の上部の開口を封止する平板形状を有する。蓋体16の平面形状としては、特に限定されず、外部から圧電素子20への接触を避ける程度の形状、または、ケース体14の開口を封止して密閉空間を形成することができる形状とすることができる。蓋体16の材質としては、セラミック、ガラス、金属等が挙げられる。ケース体14と蓋体16との接着は、たとえば、プラズマ溶接、シーム溶接、超音波接合、または接着剤等を用いて行われることができる。ケース体14および蓋体16によって形成されるキャビティー12は、圧電素子20およびヒーター素子30が動作するための空間となる。また、キャビティー12は、密閉されることができるため、圧電素子20およびヒーター素子30を減圧空間や不活性ガス雰囲気に設置することができる。
圧電素子20は、パッケージ10内(ケース体14および蓋体16によって形成されるキャビティー12内)に備えられる。圧電素子20としては、AT振動片(SCカットを含む)、音叉型振動片、双音叉型振動片、ウォーク型振動片、SAW共振子、振動ジャイロなどを例示することができる。圧電素子20の種類によって、圧電デバイス100のデバイスとしての機能が決定される。たとえば、圧電素子20が、AT振動片、音叉型振動片、ウォーク型振動片である場合には、圧電デバイス100は、発振器、クロックモジュール等のタイミングデバイスであることができる。また、圧電素子20が、SAW共振子である場合には、圧電デバイス100は、タイミングデバイスの他に周波数フィルタであることができる。さらに、圧電素子20が、双音叉型振動片や振動ジャイロである場合には、圧電デバイス100は、加速度センサー、圧力センサー、角速度センサー等のセンサーであることができる。
ーク型、双音叉型等の振動片である場合は、梁部24は、ビーム状の振動腕が複数形成された形状を有する。梁部24は、圧電素子20が片持ち梁状または両持ち梁状に支持されたときに梁を形成する部位である。したがって、梁部24の片方の端または両方の端は、基部22に連続している。梁部24は、パッケージ10のキャビティー12において、パッケージ10に接触しないように設けられる。
ヒーター素子30は、パッケージ10内(ケース体14および蓋体16によって形成されるキャビティー12内)に備えられる。ヒーター素子30は、支持部32および発熱部34を有する。
の小さいものがより好ましい。
当該脚部42がパッケージ10の内側底面に固定されている。
圧状態であっても、発熱部34の熱や遠赤外線は、輻射によって梁部24に伝達されることができる。また、キャビティー12内に空気や不活性ガスが存在する場合においては、これらの気体を介して熱が伝搬されてもよい。キャビティー12内が減圧状態である場合は、より梁部24の加熱におけるエネルギー的な効率を高めることができる。
本実施形態の圧電デバイスは、上述したパッケージ、圧電素子、およびヒーター素子の他に、以下のような構成を含むことができる。
本実施形態の圧電デバイスは、発熱部34が支持部32によって、支持(固定)されているため、パッケージ外への熱伝導が抑制され、かつ、少ないエネルギーで圧電素子20の梁部24を加熱することができる。これにより、部材を介して外部に漏出する熱(エネルギー)を非常に小さくすることができる。また、本実施形態の発熱部34をマイクロヒーターで構成した場合には、梁部24に面しない側への放熱を小さくすることができるた
め、さらに、梁部24を加熱する効率を高めることができる。
図12は、変形例の圧電デバイス200の断面の模式図である。図13は、圧電デバイス200を模式的に示す平面図である。図13のA−A線の断面が図12に相当する。図14は、変形例の圧電デバイス210の断面の模式図である。図15は、変形例の圧電デバイス220の断面の模式図である。図16は、圧電デバイス220を模式的に示す平面図である。図16のA−A線の断面が図15に相当する。各平面図は、蓋体16および圧電素子20を透視させて描いてある。
、支持板41の開口において、ヒーター素子30を両持ち梁状に支持している。そして、支持体40の支持板41の上に、圧電素子30が、両持ち梁状に支持されている。支持体40は、パッケージ10の内側底面に接着剤等により固定されることができる。そして、ヒーター素子30の発熱部34、および圧電素子20の梁部24は、平面的に見てオーバーラップして設けられている。支持体40の上には、圧電素子20の電気的接続を行うための配線35およびヒーター素子30の電気的接続を行うための導体路32bを適宜設けることができる。図示の例では、支持体40上の配線35は、ボンディングワイヤー37によってパッケージ10の内側底面の配線19に電気的に接続されている。また、図示されないが、パッケージ20の内側底面にはヒーター素子30が発熱するために電気的に接続される配線が形成され、当該配線およびヒーター素子30に接続する導体路32bが、ボンディングワイヤーまたはその他の導体路によって適宜接続されている。
18,19…配線、20…圧電素子、22…基部、24…梁部、26…導電性接着剤、
30,30a,30b,30c,30d…ヒーター素子、31…接着剤、32…支持部、32b…導体路、33…ボンディングワイヤー、
34,34c,34d,34e,34f…発熱部、32a,34a…シリコン基板、
34b…導電層、35…配線、36…ワイヤー、37…ボンディングワイヤー、
38…リード、40…支持体、41…支持板、42…脚部、
100,110,120,130,140,150,200,210,220…圧電デバイス
Claims (10)
- パッケージと、
前記パッケージ内に収容された支持体、および発熱部を有すると共に前記支持体と一体であるヒーター素子と、
平面視において前記発熱部と重ねられて前記支持体に載置された状態で前記パッケージ内に収容されている圧電素子と、
前記ヒーター素子によって前記圧電素子を加熱した状態で周波数温度特性を補償する電子回路と、
を備え、
前記支持体は、シリコンで形成され、
前記支持体は、一体的に形成された脚部および支持板で構成され、
前記支持体は、前記脚部を介して前記パッケージに固定されていることを特徴とする、圧電デバイス。 - 請求項1において、
前記発熱部は絶縁膜で覆われていることを特徴とする、圧電デバイス。 - 請求項1または請求項2において、
前記支持体は、前記支持体の表面に形成された導電路を有し、
前記圧電素子および前記ヒーター素子のうち少なくとも一方は、前記導電路に接続されていることを特徴とする、圧電デバイス。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか一項において、
前記圧電素子と前記ヒーター素子との間隔が、0.1μm以上10μm以下の範囲にあることを特徴とする、圧電デバイス。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項において、
前記ヒーター素子を複数有することを特徴とする、圧電デバイス。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか一項において、
平面視において前記圧電素子の面のうち前記ヒーター素子と対向している面とは裏側に配置されている他のヒーター素子を備えていることを特徴とする、圧電デバイス。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか一項において、
前記圧電素子は、前記圧電素子を励振するための電極と接続された外部接続用のパッドを有し、前記パッドが、ボンディングワイヤーを介して前記パッケージ内の接続端子と接続されていることを特徴とする、圧電デバイス。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか一項において、
前記平面視において前記ヒーター素子と前記パッケージとは、接していないことを特徴とする、圧電デバイス。 - 請求項1ないし請求項8のいずれか一項において、
前記パッケージ内に、前記ヒーター素子の温度を制御するための電子回路、および前記圧電素子を駆動するための電子回路を有することを特徴とする、圧電デバイス。 - 請求項1ないし請求項9のいずれか一項において、
前記パッケージ内は、減圧空間であることを特徴とする、圧電デバイス。
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