(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配線基板で形成された圧電デバイスのパッケージにおいて、
複数の外部電極パターンおよび無電位のメタライズ部が前記パッケージの底面部に形成されており、
前記無電位のメタライズ部の表面に絶縁性のコーティングが施され、
前記パッケージに電解メッキを施すことにより、前記複数の外部電極パターンの表面にメッキが形成され、
前記メタライズ部が、前記外部電極パターンと接続されていないことを特徴とする圧電デバイスのパッケージ。
【請求項２】
グリーンシートに電極パターン又はメタライズパターンを形成するパターン形成工程と、
複数の前記グリーンシートを積層圧着して焼成処理する焼成工程と、
前記電極パターンに電気を導通しメッキを形成するメッキ工程と、を有する圧電デバイスのパッケージの製造方法において、
メタライズ部を、前記電極パターンと接続しないことを特徴とする圧電デバイスのパッケージの製造方法。
【請求項３】
グリーンシートに電極パターン又はメタライズパターンを形成するパターン形成工程と、
複数の前記グリーンシートを積層圧着して焼成処理する焼成工程と、
前記電極パターンに電気を導通しメッキを形成するメッキ工程と、
メタライズ部を外部電極に接続する接続工程と、を有する圧電デバイスの製造方法において、
前記パターン形成工程と前記焼成工程と前記メッキ工程では、前記メタライズ部を前記電極パターンとも接続せず、
前記接続工程で前記メタライズ部をアース側に接続することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記メタライズ部と外部電極とを接続する手段が、ワイヤーボンディング、導電性接着剤、及びはんだのいずれかであることを特徴する請求項３記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記メタライズ部から導通した端子が前記パッケージの底面部に形成された外部電極部の内部に形成されたことを特徴とする請求項１記載の圧電デバイスのパッケージ。
【請求項６】
前記メタライズ部から導通した端子が前記パッケージの底面部に形成された接地側電位の電極パターンの内部に形成されたことを特徴とする請求項５記載の圧電デバイスのパッケージ。
【請求項７】
前記絶縁性のコーティングが、アルミナコーティングであることを特徴とする請求項５ないし６のいずれか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、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高精度の温度補償発振器（ＴＣＸＯ）や圧電発振器や電圧制御発振器（ＶＣＸＯ）やリアルタイムクロックモジュール 、あるいは１００ＭＨｚ以上の高周波帯域のＳＡＷ発振器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６（ａ）、６（ｂ）の構造図で示される圧電発振器を用いて説明する。
【０００４】
図６（ａ）、６（ｂ）の従来の圧電発振器の構成において、発振回路を有する半導体集積回路（ＩＣチップ：以下ＩＣチップと記す）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】
以上に示す従来の圧電発振器は、パッケージの底面積を可能な限り小さくし、パッケージの厚みも薄くすることを重視して、ＩＣチップと水晶振動子を重ねた積層タイプの構造となっている。
【０００７】
しかし、上述の構造では水晶振動子の発振動作を制御する発振回路を含むＩＣチップは、高周波でスイッチング動作を行うため、高周波ノイズの発生源となってしまい、携帯機器等の回路基板の他の素子に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。
【０００８】
また、水晶振動子の振動電極と回路基板の配線パターンとの間に浮遊容量成分が発生してしまい、その結果、この浮遊容量成分が水晶振動子の等価容量成分を変動させてしまい、周波数特性が安定しないという問題があった。
【０００９】
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１．０ｍｍ以下の高精度対応の圧電デバイスを安価に提供することである。
【００１０】
【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配線基板で形成された圧電デバイスのパッケージにおいて、複数の外部電極パターンおよび無電位のメタライズ部が前記パッケージの底面部に形成されており、前記無電位のメタライズ部の表面に絶縁性のコーティングが施され、前記パッケージに電解メッキを施すことにより、前記複数の外部電極パターンの表面にメッキが形成され、前記メタライズ部が、前記外部電極パターンと接続されていないことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、グリーンシートに電極パターン又はメタライズパターンを形成するパターン形成工程と、複数の前記グリーンシートを積層圧着して焼成処理する焼成工程と、前記電極パターンに電気を導通しメッキを形成するメッキ工程と、を有する圧電デバイスのパッケージの製造方法において、メタライズ部を、前記電極パターンと接続しないことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、グリーンシートに電極パターン又はメタライズパターンを形成するパターン形成工程と、複数の前記グリーンシートを積層圧着して焼成処理する焼成工程と、前記電極パターンに電気を導通しメッキを形成するメッキ工程と、メタライズ部を外部電極に接続する接続工程と、を有する圧電デバイスの製造方法において、前記パターン形成工程と前記焼成工程と前記メッキ工程では、前記メタライズ部を前記電極パターンと接続せず、前記接続工程では前記メタライズ部をアース側に接続することを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３において、前記メタライズ部とグランド電極とを接続する手段が、ワイヤーボンディング、導電性接着剤、及びはんだのいずれかであることを特徴する。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１において、前記メタライズ部から導通した端子が前記パッケージの底面部に形成された外部電極部の内部に形成されたことを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項５において、前記メタライズ部から導通した端子が前記パッケージの底面部に形成された接地側電位の電極パターンの内部に形成されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項５ないしは６において、前記絶縁性のコーティングが、アルミナコーティングであることを特徴とする。
【００１７】
【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、発振回路を有する半導体集積回路を用い、圧電振動子に高精度対応矩形タイプのＡＴ水晶振動子とを用いた、高精度水晶発振器を例に図面に基づいて説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１、図２は、請求項１、２、３、４、７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。
【００１９】
図１（ａ）の平面図、図１（ｂ）の正面図、及び図２（ａ）の底面図に示すように、少なくとも５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パッケージ１に、発振回路を有する半導体集積回路（ＩＣチップ：以下ＩＣチップと記す）２と接続するための電極パターン３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スクリーン印刷等によりメタライズされている。そしてその上に電解メッキ法によりＮｉメッキ及びＡｕメッキ等が施されている。
【００２０】
また、パッケージ１の第４層に設けられたマウント部４に、ＡＴカット水晶振動子５がその支持部６を導電性接着剤７で接続固定されている。
【００２１】
又、ＩＣチップ２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パッケージ１に形成された電極パターン３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、加圧と温度とを用いた加工方法である。
【００２２】
更に、金属製のリッド（蓋）９をパッケージ１のＦｅ−Ｎｉ合金等で枠状に型抜きされ、アース側に接続されたシールリング１０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。
【００２３】
以上により、図２（ｂ）に示す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。
【００２４】
次に、図２（ａ）の底面図に示すように、パッケージ１の底面のセラミック絶縁基板中央部には、複数の外部電極パターン１２とショートしない範囲において、どの電極パターン３や外部電極パターン１２にも接続していない無電位のメタライズパターン１３が形成されている。このメタライズパターン１３は、電極パターン３や外部電極パターン１２と同様に、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スクリーン印刷等によりメタライズされている。
【００２５】
更に、そのメタライズパターン１３の表面には、絶縁性を有するアルミナコーティング１４が施されている。
【００２６】
ここで、パッケージ１に電極パターン３、外部電極パターン１２及びメタライズパターン１３を形成するセラミックパッケージの製造方法について、詳細に説明する。
【００２７】
セラミック絶縁基板で形成されたパッケージ１は、パッケージ底面側を構成する矩形状のグリーンシートと、パッケージ表面側を構成する枠状のグリーンシートとを用いて構成されている。
【００２８】
そして、そのグリーンシート各々に電極パターン３、外部電極パターン１２及びメタライズパターン１３の導電膜や、それらを積層間で接続するビアホール導電部が形成されている。また、全ての電極パターン３、外部電極パターン１２は、グリーンシートの外部から導電できるように配線がデザインされている。
【００２９】
更に、これら複数のグリーンシートが積層圧着されて、焼成処理される。
【００３０】
その後、パッケージ１の表面側の接地側に接続されたメタライズ面に、Ａｇろう等によりシールリング１０を接合する。
【００３１】
このように形成されたパッケージ１に、電解Ｎｉメッキと電解Ａｕメッキを施すことにより、セラミック積層パッケージが完成する。
【００３２】
この電解メッキを施すことにより、電極パターン３と外部電極パターン１２には、電気が導通しＮｉとＡｕがそれぞれ規格化された厚みで、それぞれのメタライズの表面に析出しメッキが形成される。
【００３３】
しかし、メタライズパターン１３は、どの電極パターンとも接続されていないため、 メッキはまったく施されない。
【００３４】
図３に、メタライズパターン１３とアルミナコーティング１４との関係を示す断面図を示す。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、メタライズパターン１３の表面に形成されたアルミナコーティング１４には、粒子大の凹状のボイド部１５が所々に形成されている。
【００３６】
この状態で、仮にメタライズパターン１３に電気を導通してしまうと、図３（ｂ）に示すように、ボイド部１５に露出したＷ等のメタライズ表面に、電解反応によりＮｉやＡｕが析出してメッキされてしまい、球状の金属導体１６が形成されてしまう。
【００３７】
この球状の金属導体１６は非常に強固に形成されてしまうため、その後の水晶発振器を製造する工程でも、そのままの形状を維持している。
【００３８】
そして、このように形成されたパッケージ１を用いて形成された水晶発振器１１を、携帯機器等の回路基板にはんだ実装する時に、他の電極パターンとショートしてしまうという問題がある。
【００３９】
しかし、本発明によれば、メタライズパターン１３は、どの電極パターンとも接続されていないため、 メッキはまったく施されない。従って上述に示すような問題は発生しない。
【００４０】
次に、このようにしてパッケージ１に形成されたメタライズパターン１３と、グランド電極１７とを接続する方法について詳細に説明する。
【００４１】
図４に示すように、パッケージ１の中間層に設けられたエリアに、メタライズパターン１３からビアホール導電部等を経由して導通されている端子１８と、グランド電極１７からビアホール導電部等を経由して導通されている端子１９とが形成されている。
【００４２】
水晶発振器１１の製造工程で、この端子１８、端子１９をＡｕワイヤーボンディング２０（本実施例では、Ａｕワイヤーボンディング線で接続した例を示す）、あるいは導電性接着剤、更にははんだクリーム等で接続することにより、メタライズパターン１３がグランド電極１７と電気的に接続され、アース効果を有する。
【００４３】
このように、メタライズパターン１３をアース側に接続することにより、ＡＴカット水晶振動子５の振動電極と携帯機器等の回路基板の配線パターンとの間に浮遊容量成分が発生するのを防止でき、水晶振動子の発振動作を安定化させることができる。
【００４４】
また、メタライズパターン１３をアース側に接続し、金属製のリッド９を同様にアース側に接続することにより、水晶振動子の発振動作を制御する発振回路を含むＩＣチップ２から発生する高周波ノイズを外部に放射することを防止できる。
【００４５】
（実施例２）
図５は、請求項５、６記載の発明に係わる他の実施例の構造図である。
【００４６】
図５（ａ）、（ｂ）の底面図に示すように、パッケージ１の底面に設けられたメタライズパターン１３から導通した端子１８が、グランド電極１７の中に形成された実施例である。
【００４７】
このように無電位で形成されたメタライズパターン１３から導通した端子１８と、グランド電極１７とは、電極パターン３と外部電極パターン１２に電解メッキを施す処理段階では、ショートしない充分な間隔を有して形成されている。
【００４８】
このように形成された水晶発振器１１を回路基板の配線パターンにはんだ実装することにより、メタライズパターン１３がグランド電極１７と電気的に接続され、アース効果を有する。
【００４９】
このように、メタライズパターン１３をアース側に接続することにより、ＡＴカット水晶振動子５の振動電極と、携帯機器等の回路基板の配線パターンとの間に浮遊容量成分が発生するのを防止でき、水晶振動子の発振動作を安定化させることができる。
【００５０】
また、メタライズパターン１３をアース側に接続し、金属製のリッド９を同様にアース側に接続することにより、水晶振動子の発振動作を制御する発振回路を含むＩＣチップ２から発生する高周波ノイズを外部に放射することを防止できる。
【００５１】
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）やリアルタイムクロックモジュール、あるいはＳＡＷ発振器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。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、圧電デバイスを携帯機器等の回路基板にはんだ実装する時に、メタライズ部が他の電極パターンとショートしてしまうことを防止できる。そして、請求項２、３、４、５、６、７記載の発明によれば、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、パッケージの底面部に無電位のメタライズ部を施し、圧電発振器の製造工程においてメタライズ部を接地側電位（グランド）の電極パターンに接続することにより、メタライズ部がグランド電極と電気的に接続され、アース効果を有する。
【００５３】
このように、メタライズ部をアース側に接続することにより、水晶振動子の振動電極と携帯機器等の回路基板の配線パターンとの間に浮遊容量成分が発生するのを防止でき、水晶振動子の発振動作を安定化させることができる。
【００５４】
更には、メタライズ部をアース側に接続し、金属製のリッドを同様にアース側に接続することにより、水晶振動子の発振動作を制御する発振回路を含むＩＣチップから発生する高周波ノイズを外部に放射することを防止できるという効果を有する。
【００５５】
【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構造図。
（ａ）は、底面図。
（ｂ）は、斜視図。
【図３】本発明の圧電デバイスの拡大断面図。
【図４】本発明の圧電デバイスの部分拡大図。
【図５】本発明の他の実施例を示す構造図。
【図６】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  パッケージ
２  ＩＣチップ
３  電極パターン
４  マウント部
５  ＡＴカット水晶振動子
６  支持部
７  導電性接着剤
８  バンプ
９  リッド（蓋）
１０  シールリング
１１  水晶発振器
１２  外部電極パターン
１３  メタライズパターン
１４  アルミナコーティング
１５  ボイド部
１６  金属導体
１７  グランド電極
１８  端子a
１９  端子b
２０  Ａｕワイヤーボンディング
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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