(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路と圧電振動子とを同一のパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、
前記パッケージは、絶縁基板からなる第１層と、前記第１層上に位置し絶縁基板からなる第２層とを有し、
前記第１層の一方の面は、前記第２層の一方の面に相対しており、
前記第１層の前記一方の面に前記圧電振動子が導電性接着剤で接合されてなり、
前記第２層は、前記圧電振動子を収容する孔が形成され、前記圧電振動子を囲う形状を有しており、
前記第２層の他方の面上であって前記孔を挟んだ両側の領域に、前記半導体集積回路と接続するための複数の電極パターンが形成されており、
前記半導体集積回路は、前記第２層の前記複数の電極パターンと複数のバンプにより接合されて前記圧電振動子の上方に配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
半導体集積回路と圧電振動子とを同一のパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、
前記パッケージは、絶縁基板からなる第１層と、前記第１層上に位置し絶縁基板からなる第２層とを有し、
前記第１層の一方の面は、前記第２層の一方の面に相対しており、
前記第１層の前記一方の面に前記圧電振動子が複数のバンプで接合されてなり、
前記第２層は、前記圧電振動子を収容する孔が形成され、前記圧電振動子を囲う形状を有しており、
前記第２層の他方の面上であって前記孔を挟んだ両側の領域に、前記半導体集積回路と接続するための複数の電極パターンが形成されており、
前記半導体集積回路は、前記第２層の前記複数の電極パターンと複数のバンプにより接合されて前記圧電振動子の上方に配置されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
前記半導体集積回路は前記圧電振動子の上方かつ前記圧電振動子の接合部付近に配置されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
少なくとも前記圧電振動子の一部は前記半導体集積回路の外部に露出してなることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
半導体集積回路と圧電振動子とを同一のパッケージに内蔵し、
前記パッケージは、絶縁基板からなる第１層と、前記第１層上に位置し絶縁基板からなる第２層とを有し、
前記第１層の一方の面は、前記第２層の一方の面に相対しており、
前記第１層の前記一方の面にマウント部が形成され、
前記第２層は前記圧電振動子を収容する孔が形成され、前記圧電振動子を囲う形状を有しており、
前記第２層の他方の面上であって前記孔を挟んだ両側の領域に、前記半導体集積回路と接続するための複数の電極パターンが形成されている圧電デバイスの製造方法であって、
前記マウント部に前記圧電振動子を接合する工程と、
前記半導体集積回路を前記複数の電極パターンにバンプにより接合し、前記圧電振動子の一部を露出した位置で且つ前記圧電振動子の上方に前記半導体回路を配置する工程と、
前記半導体集積回路から露出した前記圧電振動子の前記一部を用いて周波数調整する工程と、
を順に行うことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
半導体集積回路と圧電振動子とを同一のパッケージに内蔵し、
前記パッケージは、絶縁基板からなる第１層と、前記第１層上に位置し絶縁基板からなる第２層とを有し、
前記第１層の一方の面は、前記第２層の一方の面に相対しており、
前記第１層の前記一方の面にマウント部が形成され、
前記第２層は前記圧電振動子を収容する孔が形成され、前記圧電振動子を囲う形状を有しており、
前記第２層の他方の面上であって前記孔を挟んだ両側の領域に、前記半導体集積回路と接続するための複数の電極パターンが形成されている圧電デバイスの製造方法であって、
前記マウント部に前記圧電振動子を導電性接着剤により接合する工程と、
前記パッケージ全体を高温でアニール処理する工程と、
前記半導体集積回路を、前記複数の電極パターンにバンプにより接合し前記圧電振動子の上方に配置する工程と、
を順に行うことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイス及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話や自動車電話等の移動体通信機器において装置の小型薄型化がめざましく、それらに用いられる圧電発振器や電圧制御発振器（ＶＣＸＯ）や温度補償発振器（ＴＣＸＯ）やＳＡＷ発振器、あるいはリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスも小型薄型化が要求されている。又、それとともに、装置の回路基板に両面実装が可能な表面実装タイプの圧電デバイスが求められている。
【０００３】
そこで、従来の圧電デバイスの一例を、発振回路を有するワンチップの半導体集積回路と、圧電振動子にＡＴカット水晶振動子とを用いた図７（ａ）、７（ｂ）の構造図で示される水晶発振器を用いて説明する。
【０００４】
図７（ａ）、７（ｂ）の従来の水晶発振器の構成において、発振回路を有するＩＣチップ１０１は、セラミック絶縁基板で形成されたベース１０２の底面に導電性接着剤等により接着固定され、Ａｕワイヤーボンディング線１０３により、ベース１０２の底面外周部にＷ（タングステン）あるいはＭｏ（モリブデン）等の金属でメタライズされ、Ｎｉ＋Ａｕメッキされた入出力用電極１０４等に電気的に接続されている。
【０００５】
又、矩形タイプのＡＴカット水晶振動子１０５が、ベース１０２のマウント部１０６に導電性接着剤等で電気的に接続され固定されている。そして、Ｎ2（窒素）雰囲気あるいは真空雰囲気に内部を保ち、ベース１０２の最上部のシールリング１０７と、金属製のリッド１０８とをシーム溶接により接合し気密に封止している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上に示す従来の水晶発振器は、ＩＣチップ１０１の周囲にＡｕワイヤーボンディング線１０３を配線するエリアが必要であること。又、パッケージの厚み方向でも、Ａｕワイヤーボンディング線１０３のループ高さの確保や、Ａｕワイヤーボンディング線１０３とＡＴカット水晶振動子１０５との隙間の確保が必要であること等、この構成が水晶発振器を小型薄型にするための制約となっている。
【０００７】
本発明の目的は、以上の従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは小型薄型サイズで厚み１ｍｍ以下の水晶発振器等の圧電デバイスを安価に提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、半導体集積回路と圧電振動子とを同一のパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、前記パッケージは、絶縁基板からなる第１層と、前記第１層上に位置し絶縁基板からなる第２層とを有し、前記第１層の一方の面は、前記第２層の一方の面に相対しており、前記第１層の前記一方の面に前記圧電振動子が導電性接着剤で接合されてなり、前記第２層は、前記圧電振動子を収容する孔が形成され、前記圧電振動子を囲う形状を有しており、前記第２層の他方の面上であって前記孔を挟んだ両側の領域に、前記半導体集積回路と接続するための複数の電極パターンが形成されており、前記半導体集積回路は、前記第２層の前記複数の電極パターンと複数のバンプにより接合されて前記圧電振動子の上方に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、半導体集積回路と圧電振動子とを同一のパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、前記パッケージは、絶縁基板からなる第１層と、前記第１層上に位置し絶縁基板からなる第２層とを有し、前記第１層の一方の面は、前記第２層の一方の面に相対しており、前記第１層の前記一方の面に前記圧電振動子が複数のバンプで接合されてなり、前記第２層は、前記圧電振動子を収容する孔が形成され、前記圧電振動子を囲う形状を有しており、前記第２層の他方の面上であって前記孔を挟んだ両側の領域に、前記半導体集積回路と接続するための複数の電極パターンが形成されており、前記半導体集積回路は、前記第２層の前記複数の電極パターンと複数のバンプにより接合されて前記圧電振動子の上方に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２において、半導体集積回路と圧電振動子とを配線基板で形成されたパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、半導体集積回路は圧電振動子の上方かつ圧電振動子の接合部付近に配置されてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１または２において、半導体集積回路と圧電振動子とを配線基板で形成されたパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、少なくとも圧電振動子の一部は半導体集積回路の外部に露出してなることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、半導体集積回路と圧電振動子とを同一のパッケージに内蔵し、前記パッケージは、絶縁基板からなる第１層と、前記第１層上に位置し絶縁基板からなる第２層とを有し、前記第１層の一方の面は、前記第２層の一方の面に相対しており、前記第１層の前記一方の面にマウント部が形成され、前記第２層は前記圧電振動子を収容する孔が形成され、前記圧電振動子を囲う形状を有しており、前記第２層の他方の面上であって前記孔を挟んだ両側の領域に、前記半導体集積回路と接続するための複数の電極パターンが形成されている圧電デバイスの製造方法であって、前記マウント部に前記圧電振動子を接合する工程と、前記半導体集積回路を前記複数の電極パターンにバンプにより接合し、前記圧電振動子の一部を露出した位置で且つ前記圧電振動子の上方に前記半導体回路を配置する工程と、前記半導体集積回路から露出した前記圧電振動子の前記一部を用いて周波数調整する工程と、を順に行うことを特徴とする。請求項６記載の発明は、半導体集積回路と圧電振動子とを同一のパッケージに内蔵し、前記パッケージは、絶縁基板からなる第１層と、前記第１層上に位置し絶縁基板からなる第２層とを有し、前記第１層の一方の面は、前記第２層の一方の面に相対しており、前記第１層の前記一方の面にマウント部が形成され、前記第２層は前記圧電振動子を収容する孔が形成され、前記圧電振動子を囲う形状を有しており、前記第２層の他方の面上であって前記孔を挟んだ両側の領域に、前記半導体集積回路と接続するための複数の電極パターンが形成されている圧電デバイスの製造方法であって、前記マウント部に前記圧電振動子を導電性接着剤により接合する工程と、前記パッケージ全体を高温でアニール処理する工程と、前記半導体集積回路を、前記複数の電極パターンにバンプにより接合し前記圧電振動子の上方に配置する工程と、を順に行うことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の圧電デバイスの実施の一形態を、発振回路を有するワンチップの半導体集積回路と、圧電振動子にＡＴカット水晶振動子とを用いた、水晶発振器を例として図面に基づいて説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１は、請求項１、３、４、５記載の発明に係わる表面実装タイプの水晶発振器の構造図である。
【００１５】
図１（ａ）の平面図及び図１（ｂ）の正面図に示すように、少なくとも３層からなるセラミック絶縁基板と、Ｆｅ−Ｎｉ合金等で枠状に型抜きされたシールリングとで形成されたベース１の第１層に設けられたマウント部２に、ＡＴカット水晶振動子３がその支持部４を導電性接着剤５で接続固定されている。
【００１６】
また、ベース１の第２層には半導体集積回路（ＩＣチップ：以下ＩＣチップと記す）６と接続するための電極パターン７が、Ｗ（タングステン）あるいはＭｏ（モリブデン）等の金属配線材料で印刷等によりメタライズされている。そしてその上にＮｉメッキ及びＡｕメッキ等が施されている。
【００１７】
又、ＩＣチップ６の電極パッドにはＡｕ等の金属のバンプ８が形成され、フリップチップボンディング工法によりベース１に形成された電極パターン７と接続されている。このフリップチップボンディング工法には、種々の加工法があるが、本実施例で用いている工法は接続部に導電性の接着剤を用いた加工方法である。
【００１８】
更に、金属製のリッド（蓋）１０をベース１のＦｅ−Ｎｉ合金等で枠状に型抜きされたシールリング９に位置合わせして固定し、シーム溶接により気密に封止している。
【００１９】
以上により、小型薄型の表面実装パッケージの水晶発振器１１が完成する。
【００２０】
次に、ＡＴカット水晶振動子３及びＩＣチップ６の各マウントプロセスについて詳細に説明する。
【００２１】
図２に示すように、ベース１の第１層に設けられたマウント部２に導電性接着剤５がディスペンス装置等で適量塗布される。そして、水晶振動子をマウントする装置によりＡＴカット水晶振動子３が画像認識され、その支持部４がマウント部２の導電性接着剤５に接合される。
【００２２】
次に、導電性接着剤５の硬化をするためにＡＴカット水晶振動子３を内蔵したパッケージ全体を高温で処理する。これは導電性接着剤５やベース１あるいはＡＴカット水晶振動子３等からのアウトガスを除去するアニール効果もあり、一般的には２００℃〜３５０℃の高温下で１〜２時間の処理が行われる。
【００２３】
特に、高精度水晶発振器や電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）や温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）やＳＡＷ発振器等の高精度、あるいは高周波が要求される圧電デバイス等では、このアニール処理が非常に重要である。このような圧電デバイスには、ＡＴカット水晶振動子３の内蔵されたパッケージの雰囲気に、微量のガス等が存在することにより、周波数精度が悪くなり安定した発振特性が得られないという課題がある。
【００２４】
しかし、本実施例によれば、ＩＣチップ６を内蔵する前にパッケージ全体を高温で処理することが可能であり、ＩＣチップ６の耐熱性の問題に拘わらずアニール処理に必要充分な高温処理が行える。
【００２５】
次に、ＩＣチップ６にＡｕ等で形成されたバンプ８を形成するバンプ形成プロセスと、ＩＣチップ６をベース１に形成された電極パターン７に接続する、フリップチップボンディングのプロセスについて詳細に説明する。
【００２６】
例えば、図３に示すように４インチ〜６インチのウェハー状態のＩＣチップ６の各パッド１２に、その線径がΦ２５〜３５μｍ程度のＡｕボンディング細線を用いて超音波バンプボンディングにより、複数のバンプ８を形成する。
【００２７】
又、ウェハー状態で複数個（数千個程度）のＩＣチップ６にバンプ形成加工を行うため、このバンプ形成加工の温度は低いことが望ましく、本実施例では１８０℃前後の温度でバンプ加工を行っている。この温度については、接合強度及びＡｕ−Ａｌ共晶の程度の評価実験により１８０℃〜２３０℃程度の範囲が適当である。
【００２８】
次に、以上のプロセスでバンプ８が形成されたＩＣチップ６を、ベース１にフリップチップボンディングするプロセスについて詳細に説明する。
【００２９】
図４のフリップチップボンディングの接合拡大図に示すように、ウェハー上のＩＣチップ６が角錐コレット等のノズルによりピックアップされ、反転して、接合用のノズルに受け渡しされる。そして、バンプ８の先端に応力緩和作用の高い導電性接着剤１２を適量付着させて、フリップチップボンディング装置に設けられた画像認識等のシステムにより、ＩＣチップ６がアライメントされて精度良くベース１のマウントエリアにチップマウントされる。
【００３０】
そしてＩＣチップ６はＡＴカット水晶振動子３の一部を露出した位置で、かつＡＴカット水晶振動子３の上方に配置される。
【００３１】
ここで本実施例で用いている導電性接着剤１２は、シリコン系の銀ペーストである。シリコン系の導電性接着剤１２は、耐熱性が良く高温に放置しても特性の劣化が少なく非常に安定している。またバンプ８の接合界面に働く応力を緩和する作用が高く、エポキシ系等の他の導電性接着剤に比較して信頼性の高い接合を得ることができる。
【００３２】
又、フリップチップボンディング装置にはＩＣチップ６の高さ方向を検出するセンサーが設けられており、その高さ方向のデータを管理しながらバンプ８の高さを均一な状態で加工することが可能である。
【００３３】
ここで、本実施例で用いている加工条件は、１バンプ当たり百グラム前後の荷重を印加している。
【００３４】
そして、導電性接着剤１２の硬化を含めてＩＣチップ６及びＡＴカット水晶振動子３を内蔵したパッケージ全体を１５０℃〜１８０℃の高温で熱処理する。
【００３５】
ここでバンプ８をベース１に接合する方法には種々の方法があり、本実施例以外の方法、例えば超音波あるいは高温と圧力等によるＡｕ−Ａｕ接合や、ＡＣＦ等のフィルム状の接着剤を用いた加工方法でもよい。
【００３６】
次に、ＡＴカット水晶振動子３の周波数調整を行うプロセスについて詳細に説明する。
【００３７】
図５に示すように、ＩＣチップ６から露出したＡＴカット水晶振動子３のＡ部１３に、真空蒸着方法あるいはプラズマエッチング方法等によりＡＴカット水晶振動子３の周波数を調整する加工を行う。このようにＩＣチップ６に電源電圧を印加して、ＡＴカット水晶振動子３を発振させた状態で、ＡＴカット水晶振動子３のＡ部１３に周波数調整することにより、ＩＣチップ６の回路定数等とマッチングのとれた精度の良い周波数調整が行える。
【００３８】
更に、金属製のリッド１０をベース１のＦｅ−Ｎｉ合金等で枠状に型抜きされたシールリング９に位置合わせして固定し、シーム溶接により気密に封止している。
【００３９】
（実施例２）
図６は、請求項２記載の本発明の他の実施例の水晶発振器の構造を示す構造図である。
【００４０】
図６に示すように、ベース２１の第１層に設けられたマウント部２２に、支持部２３に複数のバンプ２４が形成されたＡＴカット水晶振動子２５が画像認識され、バンプ２４の先端に付着した導電性接着剤２６により接合されている。
【００４１】
ここでバンプ２４をベース２１に接合する方法には種々の方法があり、本実施例以外の方法、例えば超音波あるいは高温と圧力等によるＡｕ−Ａｕ接合や、ＡＣＦ等のフィルム状の接着剤を用いた加工方法でもよい。
【００４２】
以上、セラミック及び金属といった信頼性が高く、かつ安価な構成部品を用いることにより、横２〜３．２ｍｍ、幅２〜２．５ｍｍ、厚さ０．７〜１．０ｍｍという小型薄型の高信頼性の圧電発振器が安価に提供できる。
【００４３】
以上、発振回路を有するワンチップの半導体集積回路と、圧電振動子にＡＴカット水晶振動子とを用いた、水晶発振器を例に述べてきたが、本発明はそれに限定されることなく、例えば電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）や温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）やＳＡＷ発振器、あるいはリアルタイムクロックモジュール等の半導体集積回路を内蔵した圧電デバイス全てに適用できる。更に、水晶振動子チップやＳＡＷチップをパッケージにフリップチップボンディングにより実装する圧電デバイスにも同様に適用できる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１、２、３、４、５記載の発明によれば、パッケージに圧電振動子が導電性接着剤で接合されてなり、半導体集積回路は圧電振動子の上方に配置され、パッケージの電極パターンと複数のバンプにより接合されてなるという構造により、半導体集積回路を内蔵する前にパッケージ全体を高温で処理することが可能であり、半導体集積回路の耐熱性に拘わらず、パッケージ内のガス抜き等のアニール処理に必要充分な高温での処理が行えるという効果を有する。
【００４５】
また、半導体集積回路を実装した後、半導体集積回路から露出した圧電振動子の一部を用いて周波数調整する構造により、高精度の圧電デバイスを安価に提供できるという効果を有する。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電デバイスの構造図。
（ａ）は、平面図。
（ｂ）は、正面図。
【図２】本発明の圧電デバイスの水晶振動子のマウント図。
【図３】本発明の圧電デバイスのバンプ形成図。
【図４】本発明の圧電デバイスの半導体集積回路と電極パターンとの接合部拡大図。
【図５】本発明の圧電デバイスへの周波数調整方法を示す図。
【図６】本発明の他の実施例を示す構造図。
【図７】従来の圧電デバイスの構造図。
（ａ）は、平面図。
（ｂ）は、正面図。
【符号の説明】
１  ベース
２  マウント部
３  ＡＴカット水晶振動子
４  支持部
５  導電性接着剤
６  ＩＣチップ
７  電極パターン
８  バンプ
９  シールリング
１０  リッド
１１  水晶発振器
１２  パッド
１３  Ａ部
２１  ベース
２２  マウント部
２３  支持部
２４  バンプ
２５  ＡＴカット水晶振動子
２６  導電性接着剤
１０１  ＩＣチップ
１０２  ベース
１０３  Ａｕワイヤーボンディング線
１０４  入出力用電極
１０５  ＡＴカット水晶振動子
１０６  マウント部
１０７  シールリング
１０８  リッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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