(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと前記ベースに接合された蓋とを有し、その内部にＩＣ素子及び圧電振動片を気密に封止する圧電デバイスのパッケージにおいて、
前記ベースには、その実装面に前記ＩＣ素子がフリップチップボンディングにより実装されかつアンダーフィル材で固定され、前記実装面には、前記パッケージの外部に通じるガス抜き孔が前記ＩＣ素子の下側に開設され、
前記ベースには更に、前記ＩＣ素子を実装した領域以外の領域に前記パッケージの外部と連通する封止用孔が設けられ、
前記ガス抜き孔と前記封止用孔とが前記パッケージの外面に設けられた共通の開口に連通し、かつ前記共通の開口が前記パッケージの外面側から気密に閉塞されていることを特徴とする圧電デバイスのパッケージ。
【請求項２】
前記ベースが絶縁材料からなる薄板の積層構造であり、前記積層構造が、前記共通の開口を形成した第１層と、前記ガス抜き孔及び前記封止用孔を形成した第２層と、前記第１層と前記第２層との間に設けられかつ前記ガス抜き孔と前記封止用孔とを連通するための溝を形成した追加層とを有することを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイスのパッケージ。
【請求項３】
前記圧電振動片が、前記ＩＣ素子の上方に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧電デバイスのパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベースにＩＣ（半導体集積回路）チップ等のＩＣ素子を実装して気密に封止する電子デバイスのパッケージ構造に関し、特にＩＣ素子と圧電振動片とを同一パッケージ内に搭載した圧電デバイスのパッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種情報・通信機器やＯＡ機器、民生機器等の電子機器に様々な電子デバイス、圧電振動子等の圧電デバイスが使用されている。特に最近は、モバイルコンピュータ、ＩＣカード等の小型情報機器や携帯電話等の通信機器の分野で、装置の小型化・高性能化が著しく、これに対応して圧電デバイスの小型化・薄型化が要求されており、圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが開発されている。更に、装置の回路基板への実装に適した表面実装型のデバイスが要求されている。
【０００３】
このような表面実装型の圧電デバイスとして、例えば本願出願人による特開平１１−１６３６７０号公報には、積層構造のセラミック絶縁基板からなるベースにＩＣチップとその上方に圧電振動片とを実装し、かつ金属製蓋を接合して気密に封止したパッケージ構造が記載されている。この圧電デバイスでは、ベースの実装面に形成した電極パターンに、ＩＣチップの電極パッドに形成した金属バンプをフリップチップボンディングにより接続すると共に、更にＩＣチップをより確実に固定しかつ電気的に接続するために、ベース実装面とＩＣチップ下面間のギャップにアンダーフィル材を充填・硬化させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＩＣチップのバンプと基板の接続後にアンダーフィル材を用いるフリップチップボンディング方式は、例えば本間良信の論文「フリップチップ用アンダーフィル材料」（電子材料、2000年９月、第36〜40頁）や、蔡錫全の論文「エリアアレイデバイス実装用アンダーフィル封止剤」（電子材料、2000年９月、第42〜48頁）に記載されるように、ＩＣチップと基板間のギャップにアンダーフィル材を流し込む際に空気を巻き込んでボイドを発生する虞がある。更に、圧電デバイスその他電子デバイスの小型薄型化に伴い、前記ギャップが狭小化しまたバンプの狭ピッチ化が著しくなり、アンダーフィル材の使用時にボイドがより発生し易くなる。このボイドは、デバイスの基板実装時にパッケージが加熱されて膨張すると、アンダーフィル材に剥離やクラックを発生させる虞があり、信頼性・耐久性を損なうという問題が生じる。
【０００５】
特に上述した特開平１１−１６３６７０号公報に記載されるようにＩＣチップと圧電振動片とを封止したパッケージ構造の圧電デバイスは、通常シーム溶接やガラス封止により蓋をベースに接合する。圧電デバイスのパッケージは、圧電振動片の腐食等を防止してその動作信頼性を確保するために真空封止することが好ましいが、真空雰囲気内で蓋のシーム溶接又はガラス封止を行うことは、実際上技術的に困難である。
【０００６】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アンダーフィル材を用いたフリップチップボンディングによりＩＣ素子をベースに実装し、かつ該ベースに蓋を接合して気密に封止した電子デバイスにおいて、小型化・薄型化を図りながら、アンダーフィル材におけるボイドの発生を有効に防止し得る信頼性の高いパッケージを提供することにある。
【０００７】
更に本発明の目的は、同一パッケージ内にＩＣ素子と圧電振動片とを実装しかつ気密に封止すると共に、アンダーフィル材を用いたフリップチップボンディングによりＩＣ素子をベースに実装した圧電デバイスにおいて、同様に小型化・薄型化を図りながら、アンダーフィル材におけるボイドの発生を有効に防止し得る信頼性の高いパッケージを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的を達成するために、ベースと該ベースに接合された蓋とを有し、その内部にＩＣ素子を気密に封止する電子デバイスのパッケージにおいて、前記ベースには、その実装面にＩＣ素子がフリップチップボンディングにより実装されかつアンダーフィル材で固定され、該実装面には、パッケージの外部に通じるガス抜き孔がＩＣ素子の下側に開設され、かつ、該ガス抜き孔がパッケージ外面において気密に閉塞されていることを特徴とする電子デバイスのパッケージが提供される。
【０００９】
このようにベースの実装面にガス抜き孔を設けたことにより、ＩＣ素子の下面とベース実装面とのギャップにアンダーフィル材を充填する際に、ギャップ内の空気その他のガスが、ギャップの周囲からだけでなく、ガス抜き孔からも排出されるので、ギャップの狭小化及びバンプの狭ピッチ化に拘わらず、アンダーフィル材におけるボイドの発生を有効に防止することができる。
【００１０】
本発明の別の側面によれば、ベースと該ベースに接合された蓋とを有し、その内部にＩＣ素子及び圧電振動片を気密に封止する圧電デバイスのパッケージにおいて、前記ベースには、その実装面にＩＣ素子がフリップチップボンディングにより実装されかつアンダーフィル材で固定され、該実装面には、パッケージの外部に通じるガス抜き孔がＩＣ素子の下側に開設され、かつ、該ガス抜き孔がパッケージの外面側から気密に閉塞されていることを特徴とする圧電デバイスのパッケージが提供される。
【００１１】
これにより、ベースにＩＣ素子をフリップチップボンディングにより実装しかつアンダーフィル材で固定する圧電デバイスのパッケージにおいても、その小型薄型化に拘わらず、アンダーフィル材におけるボイドの発生を有効に防止することができる。
【００１２】
或る実施例では、前記ベースに更に、ＩＣ素子の実装領域以外の領域にパッケージの外部とを連通する封止用孔が設けられ、かつ該封止用孔がパッケージの外面側から気密に閉塞されている。封止用孔は、例えば従来から公知のように、ベースに蓋を気密に接合した後に、乾燥空気雰囲気内、不活性ガス雰囲気内又は真空雰囲気内でその中にＡｕ−Ｓｎ等の金属ボールをパッケージの外側から挿入し、加熱して溶着させることにより気密に閉塞することができる。
【００１３】
更に或る実施例では、前記ガス抜き孔と封止用孔とがパッケージの外面に設けられた共通の開口に連通している。この場合、前記共通の開口を、例えば上記金属ボールを溶着させる手法によりパッケージの外側から閉塞することにより、従来と同じ１つの工程で両方の孔を同時に閉塞することができる。
【００１４】
また、前記ベースが、例えばセラミック材料等の絶縁材料からなる薄板の積層構造であると、圧電振動片及びＩＣ素子を収容するための凹みを有する箱形のパッケージの組立て、並びにベースへの前記両孔の形成を容易に行うことができるので好ましい。
【００１５】
また或る実施例では、前記パッケージ内において、圧電振動片がＩＣ素子の上方に配置されており、特に圧電デバイスの小型化に有利である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１Ａ〜Ｃは、本発明を適用した圧電デバイスの第１実施例を示している。この圧電デバイスは圧電発振器であり、絶縁材料で形成されたベース１とその上端にシールリング２を介して接合された金属製の蓋３とからなるパッケージ４を有する。パッケージ４内には、ベース１に実装したＡＴカット水晶振動片５とこれを駆動するためのＩＣチップ６とが真空に封止されている。蓋３は、例えばシーム溶接により接合されるが、これはＩＣチップ６や水晶振動片５に高熱が作用しないので好ましい。蓋３がガラス製の場合には、シールリングを用いることなくベース上端に低融点ガラスで直接接合することもできる。
【００１７】
ベース１は、セラミック材料からなる絶縁薄板を積層した第１層７〜第５層１１からなる概ね矩形箱状の構造を有し、第３層９〜第５層１１に形成した開口により、水晶振動片５及びＩＣチップ６を収容するための空所１２が画定されている。空所１２の底部即ち第３層９の開口により露出する第２層８の表面はＩＣチップの実装面１ａを構成し、ＩＣチップを接続するための電極１３及び配線パターンが形成されている。この電極及び配線パターンは、一般にＷ、Ｍｏ等の金属配線材料をセラミック薄板表面にスクリーン印刷しかつその上にＮｉ、Ａｕをめっきすることにより形成される。
【００１８】
ＩＣチップ６は、その下面に配設した各電極パッドに、はんだ又はＡｕ等の金属バンプ１４が形成され、公知のフリップチップボンディングによりそれぞれ対応する前記電極と接続されている。ＩＣチップ６の下面とベースのチップ実装面１ａとの狭いギャップにはアンダーフィル材１５が充填され、ベースにＩＣチップをより確実に固定し、電気的に接続し、かつその接続部を保護している。チップ実装面１ａには、その略中央に開口するガス抜き孔１６が、ベース１の第１層７及び第２層８を貫通させて形成されている。ガス抜き孔１６は、後述するように充填材１７でパッケージの外面側から気密に閉塞されている。
【００１９】
アンダーフィル材１５は、図２に良く示すように、圧電デバイスの製造過程においてＩＣチップの金属バンプ１４を対応する電極１３と接続した後、ＩＣチップ６の直ぐ横に配置したディスペンサ１８の先端から適量をチップ実装面１ａとＩＣチップ下面とのギャップ１９に流し込む。ギャップ１９内の空気その他のガスはアンダーフィル材１５に押し出され、ディスペンサ１８とは反対側のギャップの周囲からだけでなくガス抜き孔１６からも排出されるので、ギャップ内に残らない。この後、アンダーフィル材１５は所定温度で所定時間加熱して硬化させるが、狭小なギャップ又は狭ピッチのバンプ配列であっても、ボイドの発生を有効に防止することができる。アンダーフィル材としては、従来から公知の様々な樹脂材料が使用され、ギャップやＩＣチップの寸法による材料の注入性、フィレットの形成性、硬化後の特性、信頼性等の条件を考慮して適当に選択される。
【００２０】
水晶振動片５はＩＣチップ６の直ぐ上方に配置され、その両面に形成した励振電極から基端部に引き出した１対の接続電極２０を、ベースの第４層１０上面に設けたマウント部の各接続端子２１にそれぞれ導電性接着剤２２で片持ち式にかつ概ね水平に固定支持され、かつ電気的に接続されている。ベース１には更に、水晶振動片５の自由端の下方位置に、即ち前記チップ実装面以外の領域に開口する封止用孔２３が、同様に第１層７〜第３層９を通して形成され、かつ充填材２４でパッケージの外面側から気密に閉塞されている。
【００２１】
ガス抜き孔１６及び封止用孔２３は、従来と同様に、充填材として例えばＡｕ−Ｓｎはんだ系又は９：１はんだ等の高融点Ｐｂ−Ｓｎはんだ系材料等で形成された金属ボール１７´、２４´を使用し、これを各孔のパッケージの外面側の段差１６ａ、２３ａに載置して、バッチ式の真空封止装置やレーザ装置又は電子ビーム装置等で溶着させることにより閉塞する。特に封止用孔２３は、蓋３をベース１に接合し、更に該封止孔を介してイオンビームエッチングにより水晶振動片５の周波数を微調整した後で、最後に真空雰囲気中で閉塞することにより、パッケージ４を真空に封止することができる。
【００２２】
図３及び図４は、本発明による圧電デバイスの第２実施例を示している。本実施例は、パッケージのベース１が、第１層７と第２層８との間に同じセラミック材料の絶縁薄板からなる層２５を追加した６層構造である。この追加層２５には溝２６が形成され、それにより封止用孔２３をガス抜き孔１６に連通させる通路を形成すると共に、ベースの第１層７には、ガス抜き孔１６の位置にのみ開口７ａが形成され、この共通の開口を介して前記ガス抜き孔及び封止用孔がパッケージ４の外部に連通するようになっている。従って、本実施例では、第１実施例と同様にして充填材１７で共通の開口７ａを閉塞することにより、両方の孔を同時にかつ１つの工程で封止することができる。
【００２３】
また、第１及び第２実施例のいずれにおいても、ベース１がセラミック基板の積層構造で構成されているので、各セラミック基板に適当な開口や溝を形成しかつそれらを組み合わせることにより、ベースにガス抜き孔１６、封止用孔２３、空所１２及び水晶振動片５のマウント部等を簡単に、かつ好適な構造に形成することができる。
【００２４】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、これに様々な変形・変更を加えて実施し得ることは当業者に明らかである。例えば、圧電振動片は必ずしもＩＣチップの上方に配置する必要はなく、両者をベースの同じ実装面に並列に配置しても良い。また、ベースは、箱状でなく平坦な基板であっても良く、これにキャビティ型の蓋を接合してパッケージ内にＩＣチップ等を封止することもできる。また本発明は、水晶以外の圧電材料からなる圧電振動片、音叉型等の異なる構造の圧電振動片、及びＳＡＷデバイス等の様々な圧電デバイスについても同様に適用できる。更に本発明は、圧電デバイス以外に、アンダーフィル材を用いたフリップチップボンディングによりＩＣチップをベースに実装しかつ気密に封止する様々な電子デバイスに適用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明による電子デバイスのパッケージは、上述したようにベースの実装面に設けたガス抜き孔を用いることにより、アンダーフィル材を充填する際に、ＩＣ素子の下面とベース実装面とのギャップから空気その他のガスが完全に排出されるので、ギャップの狭小化及びバンプの狭ピッチ化に拘わらず、アンダーフィル材におけるボイドの発生を有効に防止することができ、小型化・薄型化の要求に対応しつつ、信頼性の高い電子デバイスを実現することができる。
【００２６】
また、本発明の圧電デバイスのパッケージによれば、同じくベースの実装面に設けたガス抜き孔を用いることにより、アンダーフィル材を充填する際に、ＩＣ素子の下面とベース実装面とのギャップから空気その他のガスが完全に排出されるので、ギャップの狭小化及びバンプの狭ピッチ化に拘わらず、アンダーフィル材におけるボイドの発生を有効に防止することができ、小型化・薄型化の要求に対応しつつ、高性能で信頼性の高い圧電デバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ図は本発明による圧電デバイスの第１実施例を示す平面図、Ｂ図はその縦断面図、Ｃ図は底面図である。
【図２】ベースとＩＣチップとのギャップにアンダーフィル材の充填過程を示す部分拡大図である。
【図３】本発明の第２実施例による圧電デバイスのベースを示す部分拡大端面図である。
【図４】図４のベースの底面図である。
【符号の説明】
１  ベース
１ａ  チップ実装面
２  シールリング
３  蓋
４  パッケージ
５  水晶振動片
６  ＩＣチップ
７  第１層
７ａ  開口
８  第２層
９  第３層
１０  第４層
１１  第５層
１２  空所
１３  電極
１４  金属バンプ
１５  アンダーフィル材
１６  ガス抜き孔
１６ａ、２３ａ  段差
１７  充填材
１７´、２４´  金属ボール
１８  ディスペンサ
１９  ギャップ
２０  接続電極
２１  接続端子
２２  導電性接着剤
２３  封止用孔
２４  充填材
２５  層
２６  溝
【図１】
0003896792.tif 000002
【図２】
0003896792.tif 000003
【図３】
0003896792.tif 000004
【図４】
0003896792.tif 000005