(57)【要約】【課題】寄生インピーダンスの影響が小さい、周波数の安定した圧電デバイスを提供する。【解決手段】基板５０に対し所定隙間を保ちながら一方の端部１ａが片持ち支持された圧電振動片１と、基板５０の内面に形成されて圧電振動片１を固有の周波数で持続的に振動させる回路部５１と、基板５０上に設けられ、回路部５１のグランドＧＮＤと電気的に接続するグランドパッド８５と、基板５０に取り付けられて導電性を有する蓋２０と、基板５０と蓋２０との接合面に沿って設けられる額縁状の配線パターン８０と、蓋２０と額縁状の配線パターン８０とを接合する導電性接合部材３ｂとを備え、グランドパッド８５と額縁状の配線パターン８０とが、直線状で最短距離の配線パターンにより電気的に接続される。【選択図】図２
2014158157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対し所定隙間を保ちながら一方の端部が片持ち支持された圧電振動片と、
前記基板の内面に形成されて前記圧電振動片を固有の周波数で持続的に振動させる回路部と、
前記基板上に設けられ、前記回路部のグランドと電気的に接続するグランドパッドと、
前記基板に取り付けられて導電性を有する蓋と、
前記基板と前記蓋との接合面に沿って設けられる額縁状の配線パターンと、
前記蓋と前記額縁状の配線パターンとを接合する導電性接合部材と、
を備え、
前記グランドパッドと前記額縁状の配線パターンとが配線パターンにより電気的に接続されることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記グランドパッドと前記額縁状の配線パターンとが直線状の配線パターンで電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記グランドパッドと前記額縁状の配線パターンとが最短距離の配線パターンで電気的に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶発振子等の圧電デバイスに関し、より詳細には、シリコンウェハ（Ｗａｆｅｒ）上に形成されてシリコン、又はガラスの蓋で覆われた圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の小型軽量化に伴い、実装される基板を高精度に加工できる技術が必要となっている。また、半導体パッケージの製造工程において、小型軽量化を目的とした製作技術に関し、「Ｗ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）技術」が知られている。このＷ−ＣＳＰ技術は、半導体ウェハ上での再配線加工を行う加工技術は、シリコンウェハ上の多数のチップに回路を形成した後、ウェハ上で電極形成・再配線・樹脂封止を行い、最後にチップ毎に切り分ける技術である。このＷ−ＣＳＰ技術の特徴は、切断した半導体チップの大きさそのものがパッケージの大きさになるため小型軽量化できる点、及びウェハ単位ですべての製造工程を行うことにより、製造コストを低減できる点にある。
【０００３】
従来、Ｗ−ＣＳＰ技術の電極形成・再配線工程においては、乾式成膜法であるスパッタリングを用いる方法が主に用いられてきた。一方、大量処理に向いている湿式成膜法であるメッキ法も知られている。また、例えば、特許文献１に記載のものは、半導体の小型軽量化の点で、実質的な実装面積を小さくした圧電デバイスに関するものである。この圧電デバイスは、パッケージの内部に圧電振動片が収容してある。この圧電振動片は、励振電極に接続した一対の接続電極を有する。各接続電極は、パッケージに形成したマウント電極に接合される。また、この圧電デバイスは、パッケージの底部外面に４つの外部電極を備える。４つのうち、パッケージの長手方向側の短辺に沿って設けた外部電極は、圧電振動片の各接続電極が接続されたマウント電極と電気的に接続される構成である。
【０００４】
また、例えば、特許文献２に記載のものは、フェイスダウンボンディング技術を用いて、セラミックパッケージに接合され、周波数変動が抑制されるように特性を安定させるとともに、消費電流を抑制するようにした圧電デバイスに関するものである。なお、フェイスダウンボンディングとは、部品又はチップを基板に取り付ける方法の一つで、チップをひっくり返し、チップの接点をミラーイメージ配置した基板上の接点にボンディングする方法である。この圧電発振器は電子部品用パッケージであるセラミックパッケージと、当該セラミックパッケージ内部に収納される集積回路素子および水晶振動板と、セラミックパッケージを気密封止するリッドとからなる。
【０００５】
また、例えば、特許文献３に記載のものは、蓋をグランド電極と電気的に接続させ、電磁波の放射を大幅に抑制することを可能にした圧電デバイスに関するものである。この圧電デバイスは、略矩形状をなす基体の上面に水晶振動子を搭載するとともに、該水晶振動子を気密封止するように金属の蓋を基体の上面側に取着させ、基体の下面に水晶振動子に電気的に接続される入力電極及び出力電極と接地電位に接続されるグランド電極とを配設してなる高周波発振子において、蓋をグランド電極と電気的に接続させている。さらに基体の側面にグランド電極と電気的に接続されたグランド配線層を被着させ、かつ該グランド配線層の基体側面に対する被着面積を基体側面の全面積の３０％以上にするというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９８２２７号公報
【特許文献２】特開２００５−２９５２４９号公報
【特許文献３】特開２００６−２９５９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の圧電デバイスは、小型軽量化させるため、実質的な実装面積を小さくした圧電デバイスである。しかしながら、外部の実装状態、すなわち、圧電デバイスを搭載する実装基板との関係によっては、発振周波数が期待値から外れることもあるという欠点は必ずしも根絶されていなかった。そして、外部の実装状態による寄生インピーダンスの影響を最小にすることと、圧電振動片の温度を、すぐ近くに配置された温度センサで正確に測定できるようにすることによって、発振特性を改善する余地が残されていた。
【０００８】
また、特許文献２に記載の圧電デバイスは、フェイスダウンボンディング技術を用いて、セラミックパッケージに接合され、周波数変動が抑制されるように特性を安定させるとともに、消費電流を抑制するようにした圧電デバイスである。しかしながら、外部の実装状態による寄生インピーダンスの影響を最小にすることと、圧電振動片の温度を、すぐ近くに配置された温度センサで正確に測定できるようにすることによって、発振特性を改善する余地が残されていた。
【０００９】
また、特許文献３に記載の圧電デバイスは、蓋をグランド電極と電気的に接続させ、電磁波の放射を大幅に抑制することを可能にした圧電デバイスである。しかしながら、蓋とＩＣ（半導体チップ）のグランド電極との接続に関して何ら記述が無く、蓋とＩＣ（半導体チップ）のグランド電極との間に生じる寄生インピーダンスの影響により、ＩＣのグランドと蓋との間に大きな電位差が生じるという問題があった。ＩＣのグランドと蓋との間に大きな電位差が生じると、いくら蓋電位が安定していても安定した周波数を実現することが困難となる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、寄生インピーダンスの影響が小さい、周波数の安定した圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、基板に対し所定隙間を保ちながら一方の端部が片持ち支持された圧電振動片と、前記基板の内面に形成されて前記圧電振動片を固有の周波数で持続的に振動させる回路部と、前記基板上に設けられ、前記回路部のグランドと電気的に接続するグランドパッドと、前記基板に取り付けられて導電性を有する蓋と、前記基板と前記蓋との接合面に沿って設けられる額縁状の配線パターンと、前記蓋と前記額縁状の配線パターンとを接合する導電性接合部材とを備え、前記グランドパッドと前記額縁状の配線パターンとが配線パターンにより電気的に接続されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記グランドパッドと前記額縁状の配線パターンとが直線状の配線パターンで電気的に接続されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記グランドパッドと前記額縁状の配線パターンとが最短距離の配線パターンで電気的に接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、寄生インピーダンスの影響が小さい、周波数の安定した圧電デバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る圧電デバイスの一実施形態を説明するために蓋を外した状態の概略平面図である。
【図２】図１の圧電デバイスのＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明に係る圧電デバイスの一実施形態を説明するために蓋を外した状態の概略平面図である。本発明の圧電デバイス１００は、薄片状の圧電振動片１が、ＩＣ基板５０の表層の絶縁膜７に対面する状態で、規定の隙間ｄを保ちながら長辺方向の一方の端部１ａを、片持ち支持されている。圧電振動片１の両面には、一方の端部１ａから他方の端部１ｂまでの半分以上に亘って金メッキによる励振電極２ａ，２ｂが形成されている。この励振電極２ａ，２ｂは、導電性の接着材（以下、銀ペーストという）３ａにより、ＩＣ基板５０の表層に配置されたバンプ４及び電極６ａを介して回路部５１に電気的接続されている。上述したように、圧電デバイス１００は、圧電振動片１の励振電極２ａと、ＩＣ基板５０の表層の絶縁膜７との間は、概ね規定の隙間ｄを保って片持ち支持される。
【００１５】
完成した圧電デバイス１００における圧電振動片１は、回路部５１から適切な電気信号を、励振電極２ａ，２ｂに与えられることにより、固有の周波数で持続的に振動することが可能である。なお、圧電振動片１として、薄片状の水晶振動素子が用いられている。また、圧電デバイス１００を構成するＩＣ基板５０の回路部５１には、発振回路、温度補償回路、温度センサ及びその他の回路素子が含まれており、全体としてＴＣＸＯ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：温度補償型水晶発振器）を構成している。なお、温度センサにはサーミスタ等が用いられる。
【００１６】
図２は、図１の圧電デバイスのＡ−Ａ線断面図である。なお、Ａ−Ａ線は不等辺台形状に屈曲している。平面視した圧電デバイス１００のほぼ中央部に、圧電振動片１が配置されている。図１に沿って詳述したように、この圧電振動片１は、励振電極２ａ，２ｂを含む長辺方向の一方の端部１ａを、銀ペースト３ａにより、ＩＣ基板５０の表層に配置されたバンプ４及び電極６ａを介して回路部５１に電気的接続されている。一方、ＩＣ基板５０の長辺において、電極６ａと反対側に位置する電極６ｂは、励振電極２ａ，２ｂとは直接に接続されていないが、回路部５１の発振回路等に電気的接続されているほか、配線基板３０のグランドパターン３１に低インピーダンスで接続されている。
【００１７】
電極６ａ，６ｂは、シリコン貫通電極（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｉｌｉｃｏｎ  ｖｉａ：以下ＴＳＶという）により、ＩＣ基板５０の表面から裏面に貫通して、別の配線基板３０に設けられた回路部５１に配線されている。なお、ＴＳＶとは、シリコン製半導体チップの内部を垂直に貫通する電極のことである。
回路部５１の上層は、絶縁膜（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ：パッシベーション膜）７が被覆されている。その絶縁膜７の上層に、再配線で電極６ａ，６ｂを形成している。それら電極６ａ，６ｂのうち電極６ａは、図１の楕円Ｊ及び図２の該当箇所で示すように、最短距離で圧電振動片１とパッド８２，８３とをつなげることにより、寄生インピーダンスが小さくなる。寄生インピーダンスを小さくすれば、圧電デバイス１００の発振周波数を不安定にする要因が低減されるので、発振特性を向上させることができる。
【００１８】
ＩＣ基板５０の表面には、蓋２０とＩＣ基板５０との接合面に沿って額縁状の配線パターン８０（以下、蓋接合パターン８０ともいう）が設けられている。本実施形態では、蓋接合パターン８０は蓋２０の縁部２１とＩＣ基板５０の縁部５２との間に額縁状の配線パターンとして設けられている。
そして、ＩＣ基板５０の表面には、ＩＣ基板５０の基準電位（以下、基板電位ともいう）に電気的に接続されるグランドパッド８５が設けられている。
【００１９】
そして、図１の楕円Ｋ及び図２の該当箇所で示すように、グランドパッド８５は、直線状の配線パターン８１により蓋接合パターン８０と最短距離で電気的に接続されている。従って、額縁状の配線パターンである蓋接合パターン８０は、ＩＣ基板５０の基準電位を形成する。ここで、配線パターン８１はＩＣ基板５０表面の再配線によって形成されているが、ＩＣ基板５０内の半導体プロセスによって形成されてもよい。
【００２０】
そして、蓋接合パターン８０の上層に、導電性の接合部３ｂが形成され、この接合部３ｂを介して蓋２０の縁部２１が接合される。この蓋２０及びその縁部２１は、半導体のシリコンであり、導電性を有する。そのため、蓋２０と、ＩＣ基板５０の配線パターン８１、蓋接合パターン８０、グランドパッド８５、電極６ｄ（ＴＳＶ）、及び配線基板３０のグランドパターン３１は、グランドパッド８５を中心とする１点放射状のグランドＧＮＤが形成されている。
【００２１】
そして、蓋接合パターン８０は額縁状の配線パターンとなっているため、グランドパッド８５がどのような位置にあっても蓋接合パターン８０とグランドパッド８５とを最短距離で電気的に接続することが可能となる。つまり、ＩＣ基板５０の配線パターン８１，蓋接合パターン８０と、配線基板３０のグランドパターン３１と、蓋２０とを同一のグランドパッド８５から、１点放射状に低インピーダンスで電気的に接続することが可能となる。そのため、蓋電位と、基板電位との間に生じる電位差が小さくなり、シールド効果が非常に高くなり、圧電振動片１の周波数が安定する。なお、蓋２０の抵抗率は、０．０２Ωｃｍ以上０．２Ωｃｍ以下が好ましい。また、本実施形態で使用する配線パターンは全て金属製であることが好ましい。
【００２２】
以下、圧電デバイス１００の製造工程を簡単に説明する。
まず、ＩＣ基板５０を作成する。次に、ＩＣ基板５０の表層の絶縁膜７の表面に再配線で電極６ａ，６ｂおよび蓋接合パターン８０を形成する。次に、高さ調整用のバンプ４を電極６ａ，６ｂ上に形成する。次に、銀ペースト３ａをバンプ４上に塗布する。次に、圧電振動片１を搭載する。次に、電極６ａ，６ｂにＩＣテスタのプローブを接触して実際の発振周波数を測定しながら、設定周波数からずれていれば調整する。ちなみに、圧電振動片１を薄く削るほど、周波数を高くすることができる。例えば、測定値が設定周波数から低い方にずれている場合、圧電振動片１にアルゴンイオンを照射するアルゴンイオンエッチングにより、圧電振動片１の表面を削って周波数を高い方に調整する。本発明の圧電デバイス１００は、寄生インピーダンスを少なくする構成であるため、設定周波数に対するずれも少ないので、周波数調整の負担も軽減できる。
【００２３】
周波数調整が済んだ後、接合部３ｂが形成された蓋２０の縁部２１を蓋接合パターン８０と一致させるように、蓋２０をＩＣ基板５０に被せて接合する。この蓋２０は、圧電振動片１に対して非接触状態を保持する。次に、調整研磨（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）加工により、ＩＣ基板５０（ウェハ）を薄くする。次に、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）６ｃ，６ｄを形成する。複数のチップ等が、１つのパッケージに収められている場合、このＴＳＶ６ｃ，６ｄにより、階層で隔てられた別のチップ同士で配線接続を行なう。このように形成されたＴＳＶに接続するように、ＩＣ基板５０の裏面側に再配線により電極６ｃ，６ｄが形成される。
【００２４】
それから、蓋（キャップともいう）２０を研磨してキャップ厚を薄くする。次にＩＣ基板５０の裏面側に再配線で形成された電極６ｃ，６ｄに、それぞれ不図示の半田ボール等を電気的接続するように付着させる。次に、半完成状態の圧電デバイス１００に対してプローブ検査する。次に、ウェハ上に多数連結状態で量産された多数の圧電デバイス１００を、個別に切り離して完成させる。完成後の圧電デバイス１００は、図２に示すように、ＩＣ基板５０の裏面を、別の配線基板３０の表面に合わせるように組み立てられる。
【００２５】
上述した手順で製造された圧電デバイス１００は、ＩＣ基板５０のグランドパターン８１，８０と、配線基板３０のグランドパターン３１と、蓋２０とは同一のグランドパッド８５を中心とする１点放射状のグランドＧＮＤが形成されている。そのグランドＧＮＤから、低インピーダンスで１点放射状に接続されているため、グランドＧＮＤに対する蓋電位と、基板電位との間には、電位差が生じ難くなる。その結果、圧電デバイス１００は、蓋２０とＩＣ基板５０とに囲まれた内外に対するシールド効果が非常に高くなる。
以上のように、本発明によれば、蓋電位と基板電位の間の電位差を最小にすることが可能となるため、シールド効果が非常に高く、周波数の安定した圧電デバイスを提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００２６】
１  圧電振動片
１ａ  一方の端部
１ｂ  他方の端部
２ａ，２ｂ  励振電極
３ａ  導電性の接着材（銀ペースト）
３ｂ  導電性の接合部
４  バンプ
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ  電極
７  絶縁膜
８  パッド
２０  蓋
３０  配線基板
３１  配線基板のグランドパターン
５０  ＩＣ基板
５１  回路部
８０，配線パターン（蓋接合パターン）
８１，配線パターン
８２，８３，８４，  パッド
８５，グランドパッド
【図１】
2014158157.tif 000003
【図２】
2014158157.tif 000004