(57)【要約】      （修正有）【課題】外部接続端子の位置、面積の設計自由度を高めた水晶発振器を提供する。【解決手段】所定の周波数で振動する圧電振動片５を収容した圧電振動子２と、発振回路を含むＩＣチップ３とからなる水晶発振器１であって、ＩＣチップ３に接続される圧電振動子２の底面に設けた電極パターンと、ＩＣチップ３外周及び前記電極パターンを覆う樹脂１８とからなり、樹脂１８上の外部接続端子２３と前記電極パターンを樹脂１８に設けた貫通電極２２を通じて接続している。【選択図】図１
2015226190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で振動する水晶振動片を収容した水晶振動子と、少なくとも発振回路を含むＩＣチップとからなる水晶発振器であって、前記ＩＣチップに接続される前記水晶振動子の底面に設けた配線パターンと、前記ＩＣチップ外周及び前記配線パターンを覆う樹脂とからなり、前記樹脂上の外部接続端子と前記配線パターンを前記樹脂に設けた貫通電極を通じて接続したことを特徴とする水晶発振器。
【請求項２】
前記貫通電極を前記水晶振動子の四辺上のいずれかの位置に配置し、前記貫通電極を通じて接続した端子を温度補償データの書き込み端子とした請求項１記載の水晶発振器。
【請求項３】
前記貫通電極の径を０．２mm以上とした請求項２に記載の水晶発振器。
【請求項４】
前記ＩＣチップを前記配線パターンにフリップチップ接合した請求項１乃至請求項３に記載の水晶発振器。
【請求項５】
水晶発振器の製造方法において、所定の周波数で振動する水晶振動片を収容した水晶振動子を複数縦横に並べて配置した振動子基板を用意する工程と、前記振動子基板の実装端子が形成された面に少なくとも発振回路を含むＩＣチップを搭載するパッドと前記実装端子との間を接続する配線路を形成する工程と、前記ＩＣチップを前記振動子基板に搭載する工程と、前記ＩＣチップ及び前記振動子基板を覆うよう樹脂を塗布する工程と、前記樹脂に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に金属材料を充填することにより貫通電極を形成する工程と、前記貫通電極上に外部接続端子を形成する工程を含む水晶発振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＩＣチップの寸法によらない設計の自由度をもたらすと共に小型化、低背化を可能にする水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子と発振回路を含むＩＣチップを容器本体の高さ方向に積層した水晶発振器は、例えば電子機器のクロックとして広く使われている。従来の構造においてはＩＣチップの両主面間を貫通するように設けた貫通電極やワイヤボンディングを用いて外部接続端子への電気的接続を行っていたが、ＩＣチップに貫通電極を形成することでの工数の増加によるコストの上昇、ワイヤボンディングを行うために高さが必要となることによる低背化に対する弊害等、それぞれの構成には問題があった。
特許文献１には水晶振動子に発振回路を含む半導体装置を半田にて接合し、半導体装置の周囲を樹脂で埋め、整形した圧電発振器が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６５１０２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に記載した圧電発振器においては、半導体装置、いわゆるＩＣチップの回路機能面に外部接続端子を形成し、回路機能面に対向する面に圧電振動子に接続する接続端子を形成している。外部接続端子と接続端子の間はＩＣチップのシリコン基板を貫通して形成される貫通電極により電気的に接続している。ＩＣチップ内の集積回路の構成により貫通電極の形成位置も制限され、さらにはＩＣチップの小型化がすすみ、ＩＣチップ上に貫通電極を形成する領域を確保できない恐れが生じるため、外部接続端子の形成において、位置、面積に関する制限が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る水晶発振器は、所定の周波数で振動する水晶振動片を収容した水晶振動子と、少なくとも発振回路を含むＩＣチップとからなる水晶発振器であって、ＩＣチップに接続される水晶振動子の底面に設けた配線パターンと、ＩＣチップ外周及び配線パターンを覆う樹脂とからなり、樹脂上の外部接続端子と配線パターンを樹脂に設けた貫通電極を通じて接続していることを特徴とする。
【０００６】
貫通電極を水晶振動子の四辺上のいずれかの位置に配置し、貫通電極を通じて接続した端子を温度補償データ書き込み端子とした。また、貫通電極の径を０．２mm以上としたことを特徴とする
【０００７】
ＩＣチップを配線パターンにフリップチップ接合したことを特徴とする。
【０００８】
所定の周波数で振動する水晶振動片を収容した水晶振動子を複数縦横に並べて配置した振動子基板を用意する工程と、振動子基板の実装端子が形成された面に少なくとも発振回路を含むＩＣチップを搭載するパッドと実装端子との間を接続する配線路を形成する工程と、ＩＣチップを振動子基板に搭載する工程と、ＩＣチップ及び振動子基板を覆うよう樹脂を塗布する工程と、樹脂に貫通孔を形成する工程と、貫通孔に金属材料を充填することにより貫通電極を形成する工程と、貫通電極上に外部接続端子を形成する工程を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、外部接続端子の位置、面積の設計自由度を高めた水晶発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は水晶発振器１の断面図である。（ｂ）は水晶発振器１の平面図である。
【図２】（ａ）は水晶振動子２の断面図である。（ｂ）は水晶振動片５の平面図である。
【図３】（ａ）は配線パターン２０を形成した水晶発振器１の断面図である。（ｂ）は配線パターン２０を形成した水晶発振器１の平面図である。
【図４】（ａ）はＩＣチップ３を搭載した水晶発振器１の断面図である。（ｂ）はＩＣチップ３を搭載した水晶発振器１の平面図である。
【図５】（ａ）は樹脂１８を塗布した水晶発振器１の断面図である。（ｂ）は樹脂１８を塗布した水晶発振器１の平面図である。
【図６】（ａ）は貫通電極２２を形成した水晶発振器１の断面図である。（ｂ）は貫通電極２２を形成した水晶発振器１の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものでは無い。
【００１２】
＜水晶発振器１の構成＞
図１及び図２を用いて、水晶発振器１の構成を詳細に説明する。図１（ａ）は水晶発振器１の断面図である。（ｂ）は水晶発振器１の平面図である。水晶発振器１は主に水晶振動子２とＩＣチップ３とからなる。水晶振動子２はリッド４と水晶振動片５とベース６を積層してなる。水晶振動片５とリッド４及びベース６は例えばポリイミドや低融点ガラスといった接合材７を介して接着されている。
【００１３】
図２（ａ）は水晶振動子２の断面図である。（ｂ）は水晶振動片５の平面図である。水晶振動片５は励振部８と枠部９とからなる。励振部８と枠部９の間には励振部８を取り囲むように貫通孔１０が形成される。この貫通孔１０を設けることにより励振部８の振動を枠部に伝わらないようにして、振動特性を良好にする。また、励振部８と枠部９の間は連結部１１にて接続されている。
【００１４】
水晶振動片５は水晶からなる矩形状の薄板で、例えばＡＴカットの水晶から形成されている。水晶振動片５の略中央部に位置する励振部８の表裏には励振電極１２が形成される。励振電極１２に交番電圧を印加することにより、ＡＴカットの水晶であれば厚みすべり振動が生じ、所定の周波数で振動することになる。励振電極１２は連結部１１と枠部９に形成された引出電極１３に電気的に接続されている。枠部９の四隅にはキャスタレーション１４が形成されており、キャスタレーション１４の表面には側面電極１５が形成されている。
【００１５】
ベース６はガラスや水晶といった脆性材からなる矩形の板で、水晶振動片５と同様に四隅にキャスタレーション１４が形成されている。キャスタレーション１４の表面には側面電極１５が形成されている。ベース６には水晶振動片５の励振部８が接触しないように凹部が形成されているが、水晶振動片５の励振部８の厚みを薄く加工して逆メサ型とした構造等にて平坦なベース６であっても接触しない場合には凹部を形成しなくともよい。
【００１６】
ベース６の水晶振動片５と接合する側の面には接続電極１６が形成される。一方、水晶振動片５と接合する面に対向する側の面には実装端子１７が形成される。接続電極１６はキャスタレーション１４に形成された側面電極１５を通じて実装端子１７に接続される。
【００１７】
本発明の水晶発振器１においては、これらの実装端子１７上に樹脂１８が塗布され、製品として基板実装時に用いられる端子ではないが、本発明の水晶振動子２は水晶発振器専用に製造されたものでは無く、汎用品の水晶振動子を組み合わせることで製造することが出来るため、通例の記載にある実装端子としている。
【００１８】
また、ここでの水晶振動片５は枠部９を有する構造であるが、通常の矩形板からなる水晶振動片５をベース６上に導電性接着剤を介して接合し、ベース６もしくはリッド４にキャビティを形成し、キャビティ内に水晶振動片５を収容する構造の水晶振動子を用いてもよい。この場合、積層セラミックで形成されたベース６、金属からなるリッド４を用いることもできる。
【００１９】
リッド４はガラスや水晶といった脆性材からなる矩形の薄板である。水晶振動片５とベース６の形状に合わせて四隅にキャスタレーション１４を形成してもよいし、形成しなくともよい。また、ベース６と同様にリッド４にも凹部を形成するが、水晶振動片５の励振部８が接触しない場合には凹部は形成しなくてもよい。
【００２０】
水晶振動片５とリッド４及びベース６を接合材７を用いて接合することで、水晶振動子２となる。接合面に形成された電極がベース６、水晶振動片５間で接続されることにより、実装端子１７と励振電極１２が電気的に接続される。
【００２１】
ＩＣチップ３とその周辺の構造について図３を用いて説明する。図３（ａ）は配線パターン２０を形成した水晶発振器１の断面図である。（ｂ）は配線パターン２０を形成した水晶発振器１の平面図である。図１に示されたＩＣチップ３は少なくとも発振回路を含む半導体素子であり、さらに、水晶発振器１の周囲の温度を感知する温度センサ回路と、温度センサ回路の出力を用いて、水晶振動子２の温度特性を補償し温度が変化しても周波数を一定とするための温度補償回路を含んでいる。
【００２２】
ベース６の実装端子１７が形成される面には実装端子１７とともにＩＣ実装端子１９と配線パターン２０が形成されている。ＩＣチップ３はバンプ２１を用いた超音波熱圧着（いわゆるフリップチップボンディング）等によって、ベース６のＩＣ実装端子１９に接続される。別の筐体等を介さずに水晶振動子２上に直接導電路を形成してＩＣチップ３と水晶振動片５の間を接続している。そのため、水晶振動片５とＩＣチップ３の間で熱的に結合し、例え周囲温度が変化しても温度差が生じにくくなる。このため、起動特性の向上を図ることができる。
【００２３】
水晶振動子２にＩＣチップ３を搭載する様子について図４を用いて説明する。図４（ａ）はＩＣチップ３を搭載した水晶発振器１の断面図である。（ｂ）はＩＣチップ３を搭載した水晶発振器１の平面図である。ＩＣチップ３は回路機能面に各種のＩＣ端子を有する。ＩＣ端子は一対の水晶ＩＣ端子、電源端子、出力端子、アース端子、自動周波数制御（ＡＦＣ）端子、及び一対の書込ＩＣ端子からなる。ＩＣ端子はベース６上に形成されたＩＣ実装端子１９にバンプ２１を介して例えばフリップチップボンディングを用いて接合される。
【００２４】
一対の水晶ＩＣ端子は、ベース６の実装端子１７に接続された配線パターン２０を介して水晶振動片５に接続される。一対の水晶ＩＣ端子、電源端子、出力端子、接地端子、自動周波数制御（ＡＦＣ）端子は配線パターン２０を介して、水晶振動子２の四隅に引き出され、樹脂１８に形成された貫通電極２２を経由して、樹脂１８の表面に形成された外部接続端子２３に電気的に接続される。一対の書込ＩＣ端子は配線パターン２０を介して対向する二辺の中央まで引き出され、辺に跨るように形成された貫通電極２２を介して、樹脂１８の表面に導出される。
【００２５】
ＩＣチップ３を覆う樹脂について図５を用いて説明する。図５（ａ）は樹脂１８を塗布した水晶発振器１の断面図である。（ｂ）は樹脂１８を塗布した水晶発振器１の平面図である。ＩＣチップ３の外周及びベース６の実装端子１７の形成面はエポキシやポリイミドといった樹脂１８で覆われている。樹脂１８の厚みは例えば、ＩＣチップ３の上面を完全に覆う厚さに設定する。ＩＣチップ３の周囲を完全に樹脂１８で覆うことにより、周囲環境の影響がＩＣチップ３に伝わることを防ぎ、水晶発振器１の周波数特性を安定させる。
【００２６】
樹脂１８に形成した貫通電極２２について図６を用いて説明する。図６（ａ）は貫通電極２２を形成した水晶発振器１の断面図である。（ｂ）は貫通電極２２を形成した水晶発振器１の平面図である。樹脂１８には貫通孔が設けられ、タングステン、銅、など金属ペーストが充填され貫通電極２２が形成されている。樹脂１８の表面には貫通電極２２と電気的に接続された外部接続端子２３が形成されている。
【００２７】
樹脂１８の厚みをＩＣチップ３の上面の位置に一致させる、もしくはＩＣチップ３の上面の位置より外部接続端子２３の厚みだけ低くしてもよい。樹脂１８の高さをこのように設定することで、水晶発振器１の低背化を図ることが出来る。
【００２８】
＜水晶発振器の製造方法＞
次に、水晶発振器の製造方法について説明する。リッド４、水晶振動片５、ベース６を複数並べて形成した３枚の基板を用意する。図面においては簡略化のため１つの水晶発振器１しか描かれていないが、実際には水晶発振器１が縦横に並んだ状態でリッド４、水晶振動片５、ベース６をウェハ上に形成している。
【００２９】
リッド４を縦横に複数個配置したリッド基板を用意する。リッド基板に対し、例えばウェットエッチングを用いて複数個分割される個々のリッド４の四隅に対して、縦横に隣接する４つのリッド４に均等に跨る円形もしくは楕円形、矩形の貫通孔を設ける。これは後に１／４円、１／４楕円もしくは矩形のキャスタレーション１４となる。合わせて個々のリッド４の中央に励振部８が接触しないよう凹部を形成する。これは例えばウェットエッチングを用いて形成される。
【００３０】
水晶振動片５を縦横に複数個配置した振動片基板を用意する。振動片基板に対し、例えばウェットエッチングを用いて励振部８を取り囲む貫通孔１０を形成し、励振部８と枠部９を分断する。次に振動片基板にフォトリソエッチングを用いて下層にクロムを上層に金からなる励振電極１２及び引出電極１３を形成する。
【００３１】
振動片基板に対し、例えばウェットエッチングを用いて複数個分割される個々の水晶振動片５の四隅に対して、縦横に隣接する４つの水晶振動片５に均等に跨る円形もしくは楕円形、矩形の貫通孔を設ける。これは後に１／４円、１／４楕円もしくは矩形のキャスタレーション１４となる。キャスタレーション１４の表面には側面電極１５を形成する。
【００３２】
水晶振動片５のリッド４に接合される側の励振電極１２及び引出電極１３はキャスタレーション１４に形成した側面電極１５を介して、ベース６側に引き出される。
【００３３】
ベース６を縦横に複数個配置したベース基板を用意する。リッド基板と同様に個々のベース６の四隅に対して、縦横に隣接する４つのベース６に均等に跨る円形もしくは楕円形、矩形の貫通孔を設け、キャスタレーション１４を形成する。合わせて個々のベース６の中央に励振部８が接触しないよう凹部を形成する。凹部は例えばウェットエッチングを用いて形成される。次にベース基板にキャスタレーション１４の表面に位置する側面電極１５及びベース６の水晶振動片５に接合される面に対向する面に形成される実装端子１７を形成する。通常、これらの側面電極１５及び実装端子１７はフォトリソエッチングを用いて下層にクロムを上層に金からなる二層構造にて形成される。
【００３４】
次にリッド基板とベース基板の間に振動片基板を挟み込むようにして三枚の基板を積層状態で接合する。この接合には低融点ガラスやポリイミドといった接合材７を用いる、または陽極接合、表面活性化接合等の直接接合を用いることができる。水晶振動片５の励振部８が含まれる空間は真空もしくは窒素等の不活性ガスが充填された気密空間となる。これにより隣接した水晶振動子同士が接続された状態での水晶振動子が出来上がる。
【００３５】
続いて、ベース基板へのＩＣチップ３の搭載前に個々の水晶振動子２の特性検査を行う。水晶振動子の周波数測定は温特装置のプローブを実装端子１７に接触させ、所定の交番電圧を加えて発振させ、その際に生じる発振信号を読み取ることにより測定が行われる。
【００３６】
図３（ｂ）に示すようにベース基板にスパッタや蒸着等を用いてAu、Cu等からなる金属膜を形成し、ＩＣ実装端子１９を形成する。ＩＣ実装端子１９はベース基板に実装端子１７を形成すると同時に行うことでも良い。次に図４（ａ）及び（ｂ）に示すようにＩＣ実装端子１９上にＩＣチップ３を搭載する。ここではAuボールや半田ボールを用いたフリップチップボンディングもしくは導電性接着剤、異方性導電シートを用いることでも良い。
【００３７】
次に図５（ａ）及び（ｂ）に示すようにＩＣチップ３上を覆うよう樹脂１８を充填する、例えばトランスファーモールドを用いて少なくともＩＣチップ３を被覆する厚さまで充填する。エポキシ樹脂やポリイミド樹脂をスピンコートやスプレーを用い、塗布した後、ＩＣチップ３を搭載した外周を樹脂モールドする。
【００３８】
貫通電極２２の構成を図６（ａ）及び図６（ｂ）を用いて説明する。貫通電極２２を形成するためにモールドした樹脂の一部にフォトリソやレーザ加工を用いて、貫通孔を形成する。実装端子１７と対応した位置に樹脂１８の上下方向に貫通したスルーホールを形成する。樹脂１８に形成した貫通孔内にタングステン、銅、金等の金属をスパッタもしくはメッキを用いて充填し貫通電極２２を形成する。その後、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように樹脂１８の表面にメッキもしくはスパッタで貫通電極２２に導通する外部接続端子２３を形成する。
【００３９】
続いて、個々の製品単位の位置において例えばダイシング等を用いて切断する。このようにして水晶発振器１を多数個同時に形成することができる。
分割後に、温度特性測定を行い、温度特性データを取得し、その温度特性データをもとに温度補償回路に対する温度特性パラメータを算出する。算出した温度特性パラメータを個々の温度補償型の水晶発振器に対して書込用のプローブを外部接続端子２３に当接して温度補償データを書き込む。この工程にて温度が変化しても周波数を規定の範囲内に抑える温度補償水晶発振器が完成する。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４１】
また、振動片を構成する材料を水晶として記載したが、異なる圧電材料を用いてもよい。例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムを用いることが出来る。
【符号の説明】
【００４２】
１…水晶発振器、２…水晶振動子、３…ＩＣチップ、４…リッド、５…水晶振動片、６…ベース、７…接合材、８…励振部、９…枠部、１０…貫通孔、１１…連結部、１２…励振電極、１３…引出電極、１４…キャスタレーション、１５…側面電極、１６…接続電極、１７…実装端子、１８…樹脂、１９…ＩＣ実装端子、２０…配線パターン、２１…バンプ、２２…貫通電極、２３…外部接続端子
【図１】
2015226190.tif 000003
【図２】
2015226190.tif 000004
【図３】
2015226190.tif 000005
【図４】
2015226190.tif 000006
【図５】
2015226190.tif 000007
【図６】
2015226190.tif 000008