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公開番号2025015960
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-31
出願番号2023118903
出願日2023-07-21
発明の名称振動デバイス
出願人セイコーエプソン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H03H 9/02 20060101AFI20250124BHJP(基本電子回路)
要約【課題】電気的特性の劣化を抑制した振動デバイスを提供する。
【解決手段】振動デバイス1は、振動素子25と、振動素子25が接続されているベース10と、ベース10に接合され、ベース10との間の収容空間23に振動素子25を収容している蓋体20と、を含み、ベース10及び蓋体20の少なくとも一方は、接地電位に接続されたP型又はN型である導電型の第1半導体基板11を含み、振動素子25は、振動基板30、振動基板30の第1半導体基板11側に配置されている第1電極31a及び振動基板30の第1半導体基板11側とは反対側に配置されている第2電極31bを有し、収容空間23の高さをL1[m]とし、第1半導体基板11と、第1電極31aとの間の長さをd1[m]とし、第1電極31aの面積をS1[m²]とし、収容空間23の誘電率をε[F/m]としたとき、L1≦0.2×10^-3及びd1≧ε×S1×10¹²を満たす。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
振動素子と、
前記振動素子が接続されているベースと、
前記ベースに接合され、前記ベースとの間の収容空間に前記振動素子を収容している蓋体と、
を含み、
前記ベース及び前記蓋体の少なくとも一方は、接地電位に接続されたＰ型又はＮ型である導電型の第１半導体基板を含み、
前記振動素子は、振動基板、前記振動基板の前記第１半導体基板側に配置されている第１電極及び前記振動基板の前記第１半導体基板側とは反対側に配置されている第２電極を有し、
前記収容空間の高さをＬ１［ｍ］とし、
前記第１半導体基板と、前記第１電極との間の長さをｄ１［ｍ］とし、
前記第１電極の面積をＳ１［ｍ
2
］とし、
前記収容空間の誘電率をε［Ｆ／ｍ］としたとき、
Ｌ１≦０．２×１０
-3
及びｄ１≧ε×Ｓ１×１０
12
を満たす、
振動デバイス。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記ｄ１、前記ε、及び前記Ｓ１は、
ｄ１≧２×ε×Ｓ１×１０
12
を満たす、
請求項１に記載の振動デバイス。
【請求項３】
前記ｄ１、前記ε、及び前記Ｓ１は、
ｄ１≧５×ε×Ｓ１×１０
12
を満たす、
請求項１に記載の振動デバイス。
【請求項４】
前記第１電極は、前記振動基板の前記ベース側に配置され、
前記第２電極は、前記振動基板の前記蓋体側に配置され、
前記ベースは、前記第１半導体基板を含み、
前記蓋体は、前記接地電位に接続された前記導電型の第２半導体基板を含み、
前記第２半導体基板と、前記第２電極との間の長さをｄ２［ｍ］とし、
前記第２電極の面積をＳ２［ｍ
2
］としたとき、
ｄ１≧ε×Ｓ１×１０
12
及びｄ２≧ε×Ｓ２×１０
12
を満たす、
請求項１に記載の振動デバイス。
【請求項５】
前記ｄ１、前記ε、前記Ｓ１、前記ｄ２、及び前記Ｓ２は、
ｄ１≧２×ε×Ｓ１×１０
12
及びｄ２≧２×ε×Ｓ２×１０
12
を満たす、
請求項４に記載の振動デバイス。
【請求項６】
前記ｄ１、前記ε、前記Ｓ１、前記ｄ２、及び前記Ｓ２は、
ｄ１≧５×ε×Ｓ１×１０
12
及びｄ２≧５×ε×Ｓ２×１０
12
を満たす、
請求項４に記載の振動デバイス。
【請求項７】
前記ベースは、前記第１半導体基板の前記振動素子とは反対側に配置されている回路部を含み、
前記回路部は、前記振動素子と電気的に接続された発振回路を有する、
請求項４に記載の振動デバイス。
【請求項８】
前記ベースは、前記第１半導体基板の前記振動素子側に配置されている回路部を含み、
前記回路部は、前記振動素子と電気的に接続された発振回路を有する、
請求項４に記載の振動デバイス。
【請求項９】
前記Ｓ１は、
３．１６８４×１０
-12
≦Ｓ１≦４．４５５５６×１０
-8
を満たす、
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の振動デバイス。
【請求項１０】
前記収容空間は、真空雰囲気、窒素雰囲気、又はヘリウム雰囲気である、
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の振動デバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ベース及びリッドを接合し、ベース及びリッドに囲まれた空間内に振動素子が収容されている振動デバイスにおいて、ベースは、Ｐ型半導体又はＮ型半導体を含み、リッドは、ベースの半導体と同じ導電型の半導体により構成し、ベースの半導体とリッドの半導体とを接地電位に接続することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－２８０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の振動デバイスを用いて発振器を構成した場合、接地電位とされているベース又はリッドと、当該ベース又はリッドと対向する振動素子の電極と、の間に生じる寄生容量が大きくなってしまい、その結果、発振器の起動特性や発振信号の出力特性等の電気的特性が劣化してしまうという課題があった。尚、電気的特性とは、具体的には、周波数可変範囲が狭くなってしまうという点や、発振回路の負性抵抗が不足して発振起動が不安定になるといった点も含む。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
振動デバイスは、振動素子と、前記振動素子が接続されているベースと、前記ベースに接合され、前記ベースとの間の収容空間に前記振動素子を収容している蓋体と、を含み、前記ベース及び前記蓋体の少なくとも一方は、接地電位に接続されたＰ型又はＮ型である導電型の第１半導体基板を含み、前記振動素子は、振動基板、前記振動基板の前記第１半導体基板側に配置されている第１電極及び前記振動基板の前記第１半導体基板側とは反対側に配置されている第２電極を有し、前記収容空間の高さをＬ１［ｍ］とし、前記第１半導体基板と、前記第１電極との間の長さをｄ１［ｍ］とし、前記第１電極の面積をＳ１［ｍ
2
］とし、前記収容空間の誘電率をε［Ｆ／ｍ］としたとき、Ｌ１≦０．２×１０
-3
及びｄ１≧ε×Ｓ１×１０
12
を満たす。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１実施形態に係る振動デバイスの概略構造を示す斜視図。
第１実施形態に係る振動デバイスの概略構造を示す平面図。
図２中のＡ１－Ａ１線断面図。
第１半導体基板と第１電極との間の長さｄ１と容量Ｃとの関係を示す図。
第２実施形態に係る振動デバイスの概略構造を示す平面図。
図５中のＡ２－Ａ２線断面図。
第３実施形態に係る振動デバイスの概略構造を示す平面図。
図７中のＡ３－Ａ３線断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係る振動デバイス１として、振動素子２５を備えた発振器を一例として挙げ、図１～図４を参照して説明する。
尚、図２において、振動デバイス１の内部構成を説明する便宜上、蓋体２０を取り外した状態を図示している。また、説明の便宜上、以降の斜視図、平面図、及び断面図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。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」と言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。
【０００８】
振動デバイス１は、図１、図２、及び図３に示すように、振動素子２５と、振動素子２５が接続されているベース１０と、ベース１０に接合され、ベース１０との間の収容空間２３に振動素子２５を収容している蓋体２０と、を含む。また、ベース１０と蓋体２０とで、振動素子２５を収容するパッケージ２を構成している。
【０００９】
ベース１０は、接地電位に接続されたＰ型又はＮ型である導電型の第１半導体基板１１と、第１半導体基板１１の振動素子２５とは反対側に配置されている回路部５０と、を含む。また、ベース１０は、Ｚ方向からの平面視で、矩形状の平板であり、表裏関係にある第１面１０ａ及び第２面１０ｂを有し、第１面１０ａに内部端子１２が設けられ、第２面１０ｂに外部端子１３が設けられている。ベース１０には、第１面１０ａと第２面１０ｂとを貫通する図示しない貫通電極が設けられており、内部端子１２と回路部５０とを電気的に接続している。尚、回路部５０は、振動素子２５と電気的に接続された発振回路５１を有する。
【００１０】
蓋体２０は、接地電位に接続された第１半導体基板１１と同じ導電型の第２半導体基板２１を含む。また、蓋体２０は、Ｚ方向からの平面視で、矩形状であり、表裏関係にある第３面２０ａ及び第４面２０ｂを有し、ベース１０側に開口する凹部２２が形成されている。蓋体２０は、蓋体２０の第３面２０ａがベース１０の第１面１０ａに直接接合され、ベース１０と共に振動素子２５を収容する収容空間２３を構成している。尚、収容空間２３の高さＬ１は、０．２×１０
-3
［m］以下、すなわち２００［μｍ］以下である。収容空間２３の高さＬ１を２００［μｍ］以下とすることで、振動素子２５を収容しつつ、振動デバイス１の低背化を図ることができる。また、収容空間２３は、真空雰囲気、窒素雰囲気、又はヘリウム雰囲気の何れかである。
ベース１０の第１半導体基板１１、及び蓋体２０の第２半導体基板２１の主材料としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、酸化ケイ素、窒化ガリウム、インジウム・ガリウム・ヒ素等の各種半導体材料が挙げられる。このうち、第１半導体基板１１及び第２半導体基板２１は、シリコンを主材料とすることが好ましい。シリコンは、半導体材料として入手および加工がし易く、安価であるためである。
（【００１１】以降は省略されています）

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