(57)【要約】【課題】回路素子が形成された半導体基板に圧電振動片を搭載した小型の圧電デバイスを提供する。【解決手段】回路素子１２が形成された半導体基板１１に圧電振動片１３が搭載され、圧電振動片１３と回路素子１２は貫通電極１５により電気的に接続され、前記半導体基板１１の回路素子１２上には、前記回路素子１２と電気的に接続された配線を含む多層配線層２３が形成されており、前記半導体基板１１の前記回路素子１２が形成された面には、前記多層配線層２３の所定の配線と接続された外部接続端子が形成された圧電デバイス１０とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と蓋体とで構成されるパッケージの内部空間に圧電振動片を収納した圧電デバイスにおいて、
半導体基板の第１の主面に圧電振動片が搭載され、
前記圧電振動片が搭載されていない前記半導体基板の第２の主面には回路素子が形成されており、
前記圧電振動片と前記回路素子は、前記半導体基板を貫通して前記第１の主面と第２の主面を接続する貫通電極により電気的に接続され、
前記回路素子上には前記回路素子と電気的に接続された配線を含む多層配線層が形成されており、
前記半導体基板の第２の主面側には、前記多層配線層の所定の配線と接続され外部回路基板との接続に利用される外部接続端子が形成されており、
前記半導体基板の第１の主面に蓋体を取着し前記圧電振動片を封止したこと、
を特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記回路素子と接続され前記回路素子への制御データの入力または前記圧電デバイスの特性データを出力するための入出力端子が、前記半導体基板の第２の主面側に形成されてい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】
前記入出力端子は前記多層配線層の所定の配線を介して前記回路素子と接続されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記入出力端子と接続される前記多層配線層の所定の配線の表面部は、一部を除き前記配線を覆うように絶縁層が形成されており、前記絶縁層に覆われない前記配線が前記入出力端子であることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記入出力端子の表面は、前記外部接続端子の表面に対して前記半導体基板側に位置することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記入出力端子と前記外部接続端子は、その表面がそれぞれ異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記外部接続端子は、その表面が金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、銅（Ｃｕ）のうち少なくとも一種類を主成分とする材料で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記入出力端子は、その表面がアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも一種類を主成分とする材料で構成されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記半導体基板は平板状であり、前記圧電振動片を覆うための凹部が形成された蓋体を前記半導体基板の第一の主面に取着して前記圧電振動片を封止したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項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、圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器などの高機能化にともない、それに使われる圧電デバイスに対する高安定化、高精度化への要求も強くなってきており、圧電デバイスの高安定化、高精度化を実現するために、圧電振動子と回路素子を組み合わせた圧電デバイスが用いられるようになってきている。
【０００３】
このような高安定、高精度の圧電デバイスを得るため、例えば特許文献１に示すような圧電デバイスが開示されている。図３は従来例における圧電デバイスの構造を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線における平面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における側面断面図である。以下、従来の圧電デバイスについて図を用いて説明する。
【０００４】
圧電デバイス１００は、半導体基板からなるパッケージ１０１の下面に集積回路素子の回路パターン１０２を形成し、前記パッケージ１０１の上面に圧電振動片１０７を実装するキャビティ１０３を形成して、キャビティ１０３の内部に圧電振動片１０７を実装したものである。
【０００５】
パッケージ１０１は、キャビティ１０３の内底面に圧電振動片１０７を搭載するためのマウント電極１０６が形成されており、このマウント電極１０６と回路パターン１０２を接続するためにキャビティ１０３の内底面から回路パターン１０２にかけて貫通電極１０４が形成されている。また、パッケージ１０１の下面に形成された回路パターン１０２の表面には、回路パターン１０２と外部回路基板との電気的な接続に利用される外部接続端子１０５が形成されている。回路パターン１０２としては、圧電振動片１０７を動作させる帰還増幅回路のパターンや、周辺温度の変化による周波数変化を低減させるための温度補償回路のパターン、外部からの制御電圧によって出力周波数を変化させるための電圧制御回路のパターンが形成されている。
また、圧電振動片１０７の表面には励振電極１０８と接続電極１０９が形成されており、パッケージ１０１に形成されたマウント電極１０６と接続電極１０９とを導電性接着剤１１０により接合することで、圧電振動片１０７と回路パターン１０２を接続している。
【０００６】
圧電デバイス１００は、このようにパッケージ１０１のキャビティ１０３内に圧電振動片１０７が搭載された状態で、キャビティ１０３の開口部に蓋体１１１が装着され完成される。蓋体１１１は、コバール等の金属材料やガラス材料によって構成されており、蓋体１１１の装着は、キャビティ１０３の開口周縁部の全周に接着剤１１２を塗布し、蓋体１１１を接着することによって行う。なお、蓋体１１１の装着を窒素雰囲気または真空雰囲気で行うことにより、キャビティ１０３の内部を窒素雰囲気または真空雰囲気に気密封止される。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２１４７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の圧電デバイスにおいては、パッケージ１０１の下面に形成された回路パターン１０２の表面には、回路パターン１０２と外部回路基板との電気的な接続に利用される外部接続端子１０５が形成されてた構成となっており、パッケージ１０１の下面は回路パターン１０２と外部接続端子１０５を形成するための面積が必要となる。また、圧電デバイスの特性を高安定化、高精度化するために、水晶発振子の持つ温度特性を電気的に補正した温度補償型の圧電デバイスが広く普及しているが、このような温度補償型の圧電デバイスには、回路素子に圧電振動片の温度特性を補償するための制御データを入力する必要があり、圧電デバイスに前記制御データを入力するための手段としては、圧電デバイスの表面上に回路素子と電気的に接続された制御データ入出力用の入出力端子を形成し、この入出力端子より制御データを回路素子に入力することが行われている。また、前記入出力端子は、回路素子に入力された制御データをもとに得られる圧電デバイスの特性データを出力し、特性検査に利用することも可能となっている。
前記入出力端子を従来の圧電デバイス１００に形成しようとする場合、例えばパッケージ１０１の下面に入出力端子を形成することが考えられるが、パッケージ１０１下面に入出力端子を形成すると、回路パターンと外部接続端子の他に前記入出力端子を形成するための面積も必要となり、パッケージ１０１を小型化することが困難となる。また、パッケージの下面に形成される外部接続端子や入出力端子の配置は、顧客や製造上の問題で概ね決定されていることが多く、そのため回路素子の回路パターンの設計に制約が設けられるといった課題も発生する。
したがって、本発明は回路素子が形成された半導体基板（パッケージ）に圧電振動片を搭載した小型の圧電デバイスを提供するとともに、半導体基板に外部接続端子や回路素子制御データを入出力するための入出力端子を形成した場合においても、外部接続端子や入出力端子により回路素子の回路パターンの設計を制限することがない圧電デバイスを提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の圧電デバイスは、半導体基板の第１の主面に圧電振動片が搭載され、前記圧電振動片が搭載されていない前記半導体基板の第２の主面には回路素子が形成されており、前記圧電振動片と前記回路素子は、前記半導体基板を貫通して前記第１の主面と第２の主面を接続する貫通電極により電気的に接続され、前記回路素子上には前記回路素子と電気的に接続された配線を含む多層配線層が形成されており、前記半導体基板の第２の主面側には、前記多層配線層の所定の配線と接続され外部回路基板との接続に利用される外部接続端子が形成されており、前記半導体基板の第１の主面に蓋体を取着し前記圧電振動片を封止した圧電デバイスとする。
【００１０】
さらに、前記回路素子と接続され前記回路素子への制御データの入力または前記圧電デバイスの特性データを出力するための入出力端子が、前記半導体基板の第２の主面側に形成されている圧電デバイスとする。
【００１１】
さらに、前記入出力端子は前記多層配線層の所定の配線を介して前記回路素子と接続されている圧電デバイスとする。
【００１２】
さらに、前記入出力端子と接続される前記多層配線層の所定の配線の表面部は、一部を除き前記配線を覆うように絶縁層が形成されており、前記絶縁層に覆われない前記配線が前記入出力端子である圧電デバイスとする。
【００１３】
さらに、前記入出力端子の表面は、前記外部接続端子の表面に対して前記半導体基板側に位置する圧電デバイスとする。
【００１４】
さらに、前記入出力端子と前記外部接続端子は、その表面がそれぞれ異なる材料で形成されている圧電デバイスとする。
【００１５】
前記外部接続端子は、その表面が金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、銅（Ｃｕ）のうち少なくとも一種類を主成分とする材料で構成されている圧電デバイスとする。
【００１６】
前記入出力端子は、その表面がアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも一種類を主成分とする材料で構成されている圧電デバイスとする。
【００１７】
前記半導体基板は平板状であり、前記圧電振動片を覆うための凹部が形成された蓋体を前記半導体基板の第一の主面に取着して前記圧電振動片を封止した圧電デバイスとする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体基板に形成された回路素子上に、前記回路素子と電気的に接続された配線を含む多層配線層が形成されており、この多層配線層を介して外部接続端子や入出力端子が回路素子と接続されているため、多層配線層を介して回路素子上に外部接続端子や入出力端子を配置することも可能となり、小型な圧電デバイスを提供することできる。また、回路素子の帰還増幅回路や温度補償回路、電圧制御回路の回路パターンは、外部接続端子や入出力端子の配置による制約がなく設計することが可能となり、外部接続端子や入出力端子も所望の位置へ自由に配置することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の最良の実施形態について図１および図２を用いて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の一実施例における圧電デバイスの構造を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線における平面断面図であり、（ｂ）は（ｃ）のＢ−Ｂ線における側面断面図であり、（ｃ）は下面図である。
【００２１】
シリコンを主成分とする平板の半導体基板１１の第１の主面には、圧電振動片１３を駆動させ発振を制御するための回路パターンよりなる回路素子１２が形成され、この回路素子１２が形成された半導体基板１１の主面と対向する他方の主面に圧電振動片１３を搭載するためのマウント電極１４が形成されている。回路素子１２とマウント電極１４とは、半導体基板１１を貫通する貫通電極１５により電気的に接続されている。また回路素子１２上には、前記回路素子１２と電気的に接続された配線と絶縁層からなる多層配線層２３が形成されており、前記回路素子１２と接続され外部回路基板と回路素子１２の接続に利用される外部接続端子１６と、回路素子１２に圧電振動片１３の制御データを入力あるいは圧電振動片１３の特性を出力するための入出力端子１７が形成されている。
【００２２】
圧電振動片１３は、その表面に励振電極１８および接続電極１９が蒸着等の手段により形成されており、半導体基板１１に形成されたマウント電極１４に導電性接着剤２０により電気的および機械的に接続されている。圧電振動片１３とマウント電極１４との接続は、ここでは導電性接着剤２０を使用しているが、例えば金属バンプ等により接続してもよい。
このように圧電振動片１３を半導体基板１１に搭載した後、凹部２１を有する蓋体２２を、圧電振動片１３を覆うように半導体基板１１に接合し圧電デバイス１０の完成となる。蓋体２２としては、金属製の蓋体やシリコン製の蓋体が適用でき、接合方法としては、蓋体２２の開口周縁部の全周に接着剤を塗布し接合する方法や、半導体基板１１と蓋体２２との接合界面にＡｕ-Ｓｎを設け、これを加熱溶融させて接合する方法、または半導体基板１１と蓋体２２の接合面表面を活性化処理し接合する表面活性化接合により接合する。
【００２３】
ここで、外部接続端子１６は圧電デバイス１０が製品として完成した後も外部回路基板の接続等に利用される端子であるが、入出力端子１７は回路素子１２への制御データの入力や圧電デバイス１０の特性検査の後には実用上不要となる端子である。したがって、入出力端子１７が、外部接続端子１６と同一の材料を用いて、半導体基板１１の実装面に露出した状態のまま存在していると、この圧電デバイス１０をハンダなどを用いて、外部回路基板などに実装する際、入出力端子１７にもハンダが付着して、外部接続端子１６と短絡してしまい、圧電デバイス１０を動作させる回路として異常な接続状態になり、さらには不要な電気信号が回路素子に入力されるなどして、圧電デバイス１０の特性劣化を引き起こす。しかし、本発明では、外部接続端子１６の表面は、化学的に安定でハンダに濡れやすい金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、銅（Ｃｕ）のうち少なくとも一種類を主成分とする材料で構成され、入出力端子１７の表面は、化学的に活性で酸化されやすく、ハンダに濡れにくいアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも一種類を主成分とする材料で構成することにより、外部接続端子１６は、安定して電気的、機械的に接続固定されるとともに、外部接続端子１６と入出力端子１７との短絡が発生することはないので、動作不良などを引き起こすことのない信頼性の高い圧電デバイス１０を提供することが可能となる。なお、外部接続端子１６および入出力端子１７は、塗布、印刷、メッキ、スパッタリングや蒸着などの成膜、あるいは、微粒子を吹き付けるエアロゾルデポジションなどの手法を用いて形成される。
【００２４】
図２は、本発明における実施例の入出力端子および外部出力端子と回路素子を接続する多層配線層の一例を説明する部分断面拡大図である。図２（ａ）に示すように、回路素子１２が有する複数の電極パッド２４は、それぞれ配線２５と接続され、配線２５は回路素子１２の回路パターンとの絶縁を保つために絶縁材２６で覆われた構造となっているが、入出力端子１７や外部接続端子１６に該当する部分の絶縁材２６は除去され、配線２５が外部と導通可能な構造となっている。
【００２５】
図２（ａ）は、Ａｌなど化学的に活性な材料で配線２５を形成する場合を示しており、配線２５の絶縁材２６が除去されている部分をそのまま利用して入出力端子１７を形成し、配線２５の絶縁材２６が除去されている部分にＡｕなどの化学的に安定な材料からなる端子材Ａ２７を積層することで外部接続端子１６を形成する構造となっている。すなわち、外部接続端子１６の表面は、化学的に安定でハンダに濡れやすい材料で構成され、入出力端子１７の表面は、化学的に活性で酸化されやすく、ハンダに濡れにくい材料で構成されることにより、外部回路基板などに圧電デバイスを実装する際、外部接続端子１６は、安定して電気的、機械的に接続固定されるとともに、外部接続端子１６と入出力端子１７との短絡が発生することはないので、動作不良などを引き起こすことのない信頼性の高い圧電デバイスを提供することが可能となる。また、図２（ｂ）のように、配線２５の絶縁材２６が除去されている部分に、化学的に活性な材料である端子材Ｂ２８を更に積層して入出力端子１７を形成した構造としても何ら問題ない。
【００２６】
さらに、図２（ａ）では、化学的に活性でハンダに濡れにくい材料で配線２５が形成されている場合を示したが、図２（ｂ）の構造においては、入出力端子１７部分の配線２５の絶縁材２６が除去されている部分に化学的に活性な材料である端子材Ｂ２８を積層して入出力端子１７を形成しているので、配線２５として化学的に安定な材料を用いることも可能となる。
また、入出力端子１７は、外部接続端子１６の表面に対して前記半導体基板１１側（圧電振動片１３が搭載される面側）に位置している。このため、外部接続端子１６と入出力端子１７との短絡の発生の可能性をより抑えた構造としている。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、小型の圧電デバイスに活用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例における圧電デバイスの構造を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線における平面断面図であり、（ｂ）は（ｃ）のＢ−Ｂ線における側面断面図であり、（ｃ）は下面図。
【図２】本発明における実施例の入出力端子および外部出力端子と回路素子を接続する多層配線層の一例を説明する部分断面拡大図。
【図３】従来例における圧電デバイスの構造を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線における平面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における側面断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１０    圧電デバイス
１１    半導体基板
１２    回路素子
１３    圧電振動片
１４    マウント電極
１５    貫通電極
１６    外部接続端子
１７    入出力端子
１８    励振電極
１９    接続電極
２０    導電性接着剤
２１    凹部
２２    蓋体
２３    多層配線層
２４    電極パッド
２５    配線
２６    絶縁材
２７    端子材A
２８    端子材B
１００    圧電デバイス
１０１    パッケージ
１０２    回路パターン
１０３    キャビティ
１０４    貫通電極
１０５  外部接続端子
１０６  マウント電極
１０７  圧電振動片
１０８  励振電極
１０９  接続電極
１１０  導電性接着剤
１１１  蓋体
１１２  接着剤
【図１】
2008219207.tif 000003
【図２】
2008219207.tif 000004
【図３】
2008219207.tif 000005