CN107453751B - 晶体振荡器及晶体振荡器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶体振荡器以及晶体振荡器的制造方法。本发明的目的在于使具有温度传感器的晶体振荡器的频率精度提高。本发明提供晶体振荡器(1)，包括：晶体振动片(20)；半导体芯片(30)，具有用以使所述晶体振动片(20)振荡的振荡电路(321)、及连接于所述振荡电路(321)且设置于所述晶体振动片(20)的一侧的面的第一凸块(343)；以及温度传感器元件(40)，接合于所述第一凸块(343)。而且，所述半导体芯片(30)具有多个引线接合用焊垫(35)，所述多个引线接合用焊垫(35)设置于所述晶体振动片(20)侧的面的所述第一凸块(343)的两侧。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体振荡器及晶体振荡器的制造方法。
背景技术
以前，作为具备晶体振动片的晶体振荡器，已知具有晶体振动片、温度传感器及温度补偿电路的TCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator，温度补偿型晶体振荡器)。而且，还已知具有晶体振动片、温度传感器、加热器电路及温度控制电路的OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator，带恒温槽的晶体振荡器)(例如参照专利文献1)。
图9是现有的晶体振荡器800的剖面图。现有的晶体振荡器800在封装体(package)810内封入晶体振动片820、半导体芯片(chip)830。晶体振动片820利用导电连接部850固定于封装体810。半导体芯片830在其内部具有温度传感器元件840、及包含振荡电路832的内部电路831。温度传感器元件840隔着SiO2、SiN、聚酰亚胺保护膜而与晶体振动片820热耦合。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2010-124348号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在如TCXO及OCXO等那样的基于由温度传感器检测到的温度来控制振荡电路的晶体振荡器中，为了提高振荡频率的精度，而要求以尽可能高的精度测定晶体振动片附近的温度。然而，现有的晶体振荡器800中，温度传感器元件840与晶体振动片820之间构成有多种热传递差的物质，因而热传递模型变得复杂，难以提高晶体振动片附近的温度的检测精度。其结果为，因频率温度补偿的误差扩大，所以产生了振荡信号的频率精度降低的问题。
因此，本发明鉴于这些方面而完成，其目的在于提高具有温度传感器的晶体振荡器输出的振荡信号的频率精度。
[解决问题的技术手段]
本发明的第一实施方式中提供一种晶体振荡器，包括：晶体振动片；半导体芯片，具有：用以使所述晶体振动片振荡的振荡电路、及连接于所述振荡电路且设置于所述晶体振动片的一侧的面的第一凸块；以及温度传感器，接合于所述第一凸块。
所述半导体芯片也可包括：多个引线接合用焊垫，所述多个引线接合用焊垫设置于所述晶体振动片的一侧的面的所述第一凸块的两侧。
所述半导体芯片还可包括：设置于所述晶体振动片的一侧的面的第二凸块，所述晶体振荡器还可包括：接合于所述第二凸块的加热器。
所述半导体芯片还可包括：导电连接部，所述导电连接部用以将所述晶体振动片固定于覆盖所述温度传感器的位置。
所述晶体振荡器还可包括：绝热性构件，所述绝热性构件设置于所述半导体芯片的设置着所述第一凸块的面的相反侧的面。
本发明的第二实施方式中提供一种晶体振荡器的制造方法，包括：准备半导体晶片的工序；在所述半导体晶片形成多个第一凸块的工序；将所述半导体晶片分割为各自包含所述第一凸块的多个半导体芯片的工序；使温度传感器接合于所述第一凸块的工序；以及在使所述温度传感器接合的工序之后，将晶体振动片固定于覆盖所述温度传感器的位置的工序。
所述晶体振荡器的制造方法中还可包括：在所述半导体晶片的形成着所述多个第一凸块的面形成第二凸块的工序；以及使加热器接合于所述第二凸块的工序。
所述晶体振荡器的制造方法中，还可包括：在所述半导体晶片的形成着所述多个第一凸块的面的相反侧的面形成绝热性构件的工序。
所述晶体振荡器的制造方法还可包括：在所述半导体晶片的一个面形成绝热性构件的工序，在形成所述多个第一凸块的工序中，在形成着所述绝热性构件的面的相反侧的面形成所述多个第一凸块。
[发明的效果]
根据本发明，晶体振动片与温度传感器及加热器元件间的热耦合提高，晶体振荡器的频率精度提高。
附图说明
图1A、图1B是第一实施方式的晶体振荡器1的内部构成图。
图2是温度传感器元件40周边部的放大图。
图3A、图3B是第二实施方式的晶体振荡器1的内部构成图。
图4是加热器元件60周边部的放大图。
图5A、图5B是第三实施方式的晶体振荡器1的内部构成图。
图6A、图6B是第四实施方式的晶体振荡器1的内部构成图。
图7A、图7B是第四实施方式的变形例的晶体振荡器1的内部构成图(其一)。
图8A、图8B是第四实施方式的变形例的晶体振荡器1的内部构成图(其二)。
图9是现有的晶体振荡器800的剖面图。
[符号的说明]
1：晶体振荡器
10、810：封装体
20、820：晶体振动片
30、830：半导体芯片
31：Si基板
32、831：内部电路
321、832：振荡电路
322：温度检测电路
323：金属配线
324：加热器电路
33：保护层
331：SiO2绝缘膜
332：保护膜
34：第一连接部
341：焊垫金属
342：焊垫开口部
343：第一凸块
35：引线接合用焊垫
36：第二连接部
361：第二凸块
37：绝热性膜
40、840：温度传感器元件
401：温度传感器
402：温度传感器连接端子
50、850：导电连接部
60：加热器元件
601：加热器
602：加热器连接端子
800：现有的晶体振荡器
具体实施方式
<第一实施方式>
[第一实施方式的晶体振荡器1的构成]
图1A、图1B是第一实施方式的晶体振荡器1的内部构成图。图1A是第一实施方式的晶体振荡器1的配置图。图1B是图1A的IB-IB线剖面图。
第一实施方式的晶体振荡器1为TCXO(温度补偿型晶体振荡器)。晶体振荡器1在封装体10内封入晶体振动片20、半导体芯片30及温度传感器元件40。晶体振动片20利用导电连接部50固定于封装体10。
半导体芯片30为半导体的裸芯片(bare chip)，所述半导体的裸芯片具有：以基于温度传感器元件40检测到的温度而规定的频率，使晶体振动片20振荡的电路。温度传感器元件40为：对周围的温度进行检测、且输出表示所检测到的温度的数据的元件，例如，为热敏电阻。温度传感器元件40固定于半导体芯片30的上表面中央部。温度传感器元件40固定于面向晶体振动片20的位置，测定晶体振动片20的附近的温度。
以下，对半导体芯片30的构造、及半导体芯片30与温度传感器元件40的连接形态进行详细说明。半导体芯片30具有：Si基板31、内部电路32、保护层33、第一连接部34、及多个引线接合用焊垫35。
Si基板31为由硅(Si)形成的基底基板。内部电路32以Si基板31作为基底基板而形成，包含：振荡电路321及温度检测电路322。振荡电路321为：用以生成使晶体振动片20振荡的振荡信号的电路。温度检测电路322具有温度补偿功能，所述温度补偿功能是用以基于温度传感器元件40检测到的温度，来控制振荡电路321输出的振荡信号的频率。
保护层33形成于Si基板31的表面，包含：集成电路(Integrated circuit，IC)绝缘性保护膜(例如SiN)及保护树脂(例如聚酰亚胺)。第一连接部34将内部电路32与温度传感器元件40连接。第一连接部34设置于半导体芯片30的中央附近。关于第一连接部34的详细情况，以后叙述。
多个引线接合用焊垫35为用以固定引线的端子，所述引线将内部电路32与设置于封装体10的外部端子连接。如图1A所示，多个引线接合用焊垫35设置于晶体振动片20的一侧的面中的第一连接部34的两侧。
图2是图1B的温度传感器元件40周边部的放大图。如图2所示，保护层33具有SiO2绝缘膜331及保护膜332。第一连接部34具有：焊垫金属341、焊垫开口部342及第一凸块343。温度传感器元件40具有：温度传感器401及温度传感器连接端子402。
SiO2绝缘膜331以覆盖金属配线323及焊垫金属341的方式形成。保护膜332例如形成为SiN或在SiN上重叠聚酰亚胺的构造，以覆盖SiO2绝缘膜331的方式形成。
焊垫金属341为：形成于金属配线323与第一凸块343之间，用以将金属配线323与第一凸块343电连接的金属制的端子。焊垫开口部342为：形成于保护层33的开口。第一凸块343例如为Au等金属，设置于半导体芯片30上的晶体振动片20的一侧的面。第一凸块343设置于焊垫开口部342内，将温度传感器元件40与焊垫金属341电连接。
温度传感器401为：检测周围的温度、且输出表示所检测到的温度的数据的部件。温度传感器连接端子402为：设置于温度传感器401的金属制的连接端子。温度传感器401经由温度传感器连接端子402、第一凸块343、焊垫金属341、金属配线323，而与温度检测电路322连接。在将温度传感器连接端子402接合于第一凸块343的情况下，比起将温度传感器连接端子402引线接合于引线接合用焊垫35的情况，能够减少将温度传感器元件40接合于半导体芯片30上时的安装面积。而且，能够缩短温度传感器元件40与半导体芯片30之间的配线，因而能够提高电气特性。
这样，将温度传感器元件40经由第一凸块343而接合于半导体芯片30，由此晶体振动片20与温度传感器元件40能够经由封装体10内部的填充气体而彼此接近。其结果，与以前相比，能够精度更佳地计测晶体振动片20的温度，能够有助于提高晶体振荡器1的频率精度。
[第一实施方式的晶体振荡器1的制造方法]
以下，对制造晶体振荡器1的方法进行说明。首先，准备半导体晶片，在形成着内部电路32、保护层33、焊垫金属341及焊垫开口部342等的半导体晶片形成多个第一凸块343。接下来，将半导体晶片分割为各自包含第一凸块343的多个半导体芯片30，使温度传感器元件40接合于第一凸块343。例如，在将温度传感器元件40载置于第一凸块343后，一边施加超声波一边施加按压温度传感器元件40的力，由此能够使温度传感器元件40接合于第一凸块343。或者，还存在如下方法：在将温度传感器元件40接合于形成着第一凸块343的半导体晶片后，分割为半导体芯片30。
而且，在使温度传感器元件40接合于第一凸块343后，将半导体芯片30接合于封装体10，对引线接合用焊垫35进行引线接合，将晶体振动片20固定于覆盖温度传感器元件40的位置。因此，根据本制造方法，能够利用凸块接合工序将温度传感器元件40与半导体芯片30电连接，从而能够利用以标准的工艺流程制造的半导体芯片来制造第一实施方式的晶体振荡器1。
[第一实施方式的晶体振荡器1的效果]
如以上说明，第一实施方式的晶体振荡器1中，将温度传感器元件40利用第一凸块343而接合于半导体芯片30的上表面。其结果为，晶体振动片20与温度传感器元件40接近，从而能够比以前精度更佳地测定晶体振动片20的温度，能够有助于频率精度的提高。而且，通过使用凸块将温度传感器元件40接合于半导体芯片30，而能够使晶体振荡器1小型化。
<第二实施方式>
图3A、图3B是第二实施方式的晶体振荡器1的内部构成图。图3A是第二实施方式的晶体振荡器1的配置图。图3B是图3A的IIIB-IIIB线剖面图。
第二实施方式的晶体振荡器1为OCXO(带恒温槽的晶体振荡器)。第二实施方式的晶体振荡器1与第一实施方式的晶体振荡器1的构成相比，不同之处在于：晶体振荡器1具有加热器电路324、第二连接部36、加热器元件60。
加热器电路324为：包含于内部电路32内，且用以对加热器元件60的温度进行控制的电路。第二连接部36将内部电路32与加热器元件60连接。图3A、图3B所示的例中，两个第二连接部36设置于第一连接部34的两侧。关于第二连接部36的详细情况，以后叙述。
加热器元件60为通过发热来控制周围的温度的元件，例如，为电阻。图3A、图3B所示的例中，晶体振荡器1具有：分别接合于第二连接部36的两个加热器元件60，两个加热器元件60固定于半导体芯片30的上表面中的温度传感器元件40的两侧。加热器元件60固定于面向晶体振动片20的位置，对晶体振动片20的附近的温度进行控制。
图4是图3B的加热器元件60周边部的放大图。第二连接部36为与第一连接部34相同的构成，具有：焊垫金属341、焊垫开口部342、第二凸块361。加热器元件60具有加热器601与加热器连接端子602。
第二凸块361与第一凸块343相同，例如，为Au等金属，设置于半导体芯片30上的晶体振动片20的一侧的面。第二凸块361设置于焊垫开口部342内。加热器601为通过发热来控制周围的温度的部件。加热器连接端子602为设置于加热器601的金属制的连接端子。加热器601经由加热器连接端子602、第二凸块361、焊垫金属341、金属配线323而与加热器电路324连接。
[第二实施方式的晶体振荡器1的制造方法]
以下，关于制造第二实施方式的晶体振荡器1的方法，对与第一实施方式的晶体振荡器1的制造方法的不同之处进行说明。
第二凸块形成工序中，在半导体晶片上形成第一凸块343之后，在设置着第一凸块343的面形成第二凸块361。
加热器接合工序中，在例如将温度传感器元件40接合于设置在多个半导体芯片30的第一凸块343后，使加热器元件60接合于第二凸块361。不限于此，加热器接合工序中，也可在将温度传感器元件40接合于设置在多个半导体芯片30的第一凸块343前，使加热器元件60接合于第二凸块361。加热器接合工序中，例如在将加热器元件60载置于第二凸块361后，一边施加超声波一边施加按压加热器元件60的力，由此使加热器元件60接合于第二凸块361。
而且，加热器接合工序中，也可在将半导体晶片分割为多个半导体芯片30之前，使加热器元件60接合于第二凸块361。
[第二实施方式的晶体振荡器1的效果]
晶体振荡器1具有此种构成，由此利用温度传感器元件40测定晶体振动片20的附近的温度，且，利用加热器元件60进行温度的控制。其结果为，晶体振动片20、温度传感器元件40及加热器元件60间的热耦合提高，能够使晶体振荡器1的频率精度提高。
<第三实施方式>
图5A、图5B是第三实施方式的晶体振荡器1的内部构成图。图5A是第三实施方式的晶体振荡器1的配置图。图5B是图5A的VB-VB线剖面图。第三实施方式的晶体振荡器1为OCXO。第三实施方式的晶体振荡器1与第二实施方式的晶体振荡器1的构成相比，不同之处在于：晶体振动片20利用导电连接部50直接固定于半导体芯片30上。导电连接部50由导电性树脂形成，将晶体振动片20固定于半导体芯片30，并且将晶体振动片20与内部电路32电连接。
通过设为此种构成，封装体10中不需要用以将导电连接部50与半导体芯片30上的焊垫电极连接的配线，因而能够缩小封装体10的尺寸。其结果为，能够使晶体振荡器1小型化。
<第四实施方式>
图6A、图6B是第四实施方式的晶体振荡器1的内部构成图。图6A是第四实施方式的晶体振荡器1的配置图。图6B是图6A的VIB-VIB线剖面图。第四实施方式的晶体振荡器1为TCXO。第四实施方式的晶体振荡器1与第一实施方式的晶体振荡器1的构成相比，不同之处在于：具有作为绝热性构件的绝热性膜37。
晶体振荡器1具有绝热性膜37，所述绝热性膜37设置于半导体芯片30的设置着第一凸块343的面的相反侧的面。绝热性膜37例如为SiO2膜。另外，绝热性膜37也可为使用了其他绝热性原材料的膜。
通过设为此种构成，晶体振荡器1能够将半导体芯片30与封装体10热性分离。其结果为，晶体振荡器1不会从封装体10受到外部的热的影响，能够精度优良地测定晶体振动片20的温度，从而能够提高频率精度。
(变形例1)
以上说明中，对在第一实施方式的作为TCXO的晶体振荡器1设置着绝热性膜37的例子进行了说明。然而，不限于此，第二实施方式及第三实施方式的作为OCXO的晶体振荡器1，也可具有设置于半导体芯片30的设置着第一凸块343的面的相反侧的面的绝热性膜37。
(变形例2)
图7A、图7B及图8A、图8B是第四实施方式的变形例的晶体振荡器1的内部构成图。图7A是第二实施方式的晶体振荡器1具有绝热性膜37的情况下的晶体振荡器1的配置图。图7B是图7A的VIIB-VIIB线剖面图。图8A是第三实施方式的晶体振荡器1具有绝热性膜37的情况下的晶体振荡器1的配置图。图8B是图8A的VIIIB-VIIIB线剖面图。图7A、图7B及图8A、图8B中的晶体振荡器1为OCXO。图7A、图7B及图8A、图8B中的晶体振荡器1具有设置于半导体芯片30的设置着第一凸块343的面的相反侧的面的绝热性膜37。
(变形例3)
以上的说明中，对在晶体振荡器1的半导体芯片30形成绝热性膜37的例子进行了说明，但不限于此，也可在晶体振荡器1的封装体10内的底面形成绝热性膜37。绝热性膜37例如在将半导体芯片30接合于封装体10之前，形成于封装体10内的底面。半导体芯片30接合于形成在封装体10内的底面的绝热性膜37之上。而且，也可将具有绝热性的板作为绝热性构件而粘着于晶体振荡器1的封装体10内的底面。
[第四实施方式的晶体振荡器1的制造方法]
以下，关于制造具有绝热性膜37的晶体振荡器1的方法，对与第一实施方式及第二实施方式的晶体振荡器1的制造方法的不同之处进行说明。绝热性膜形成工序中，例如在半导体晶片形成多个第一凸块343之后，在形成着多个第一凸块343的面的相反侧的面形成绝热性膜37。绝热性膜形成工序中，例如使用SiO2膜形成装置，形成作为绝热性膜37的SiO2膜。另外，绝热性膜形成工序中，也可在半导体晶片形成多个第一凸块343之前，在半导体晶片的一个面形成绝热性膜37。该情况下，在形成半导体晶片的绝热性膜37之后，在形成着绝热性膜37的面的相反侧的面形成多个第一凸块343。
绝热性膜形成工序中，也可在将半导体晶片分割为多个半导体芯片30后，形成绝热性膜37。而且，绝热性膜形成工序中，不仅可使用SiO2，也可使用其他绝热性原材料形成绝热性膜。而且，进而，在绝热性膜形成工序中，也可通过将绝热性的板粘着于半导体芯片30的设置着第一凸块343的面的相反侧的面，而形成绝热性膜37。
[第四实施方式的晶体振荡器1的效果]
通过设为此种构成，第四实施方式的晶体振荡器1与外部的环境热性分离，由此能够降低封装体10外部的温度对晶体振动片20的影响，因而能够提高晶体振荡器1的频率精度。而且，晶体振荡器1能够抑制加热器601发出的热向封装体10的外部散放，因而能够效率佳地加温。
以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围不限于所述实施方式记载的范围。本领域技术人员明白能够在所述实施方式中添加各种变更或改良。根据权利要求的记载可知添加了此种变更或改良的形态也可包含在本发明的技术范围内。
Claims (7)
1.一种晶体振荡器，其特征在于包括：
晶体振动片；
半导体芯片，具有：用以使所述晶体振动片振荡的振荡电路、连接于所述振荡电路且设置于所述晶体振动片的一侧的面的第一凸块、及设置于所述晶体振动片的一侧的面的第二凸块；
温度传感器，接合于所述第一凸块；以及
两个加热器，接合于所述第二凸块，且固定于所述半导体芯片的上表面中的所述温度传感器的两侧。
2.根据权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于：
所述半导体芯片包括：多个引线接合用焊垫，
所述多个引线接合用焊垫设置于所述晶体振动片的一侧的面的所述第一凸块的两侧。
3.根据权利要求1或2所述的晶体振荡器，其特征在于：
所述半导体芯片还包括：导电连接部，
所述导电连接部用以将所述晶体振动片固定于覆盖所述温度传感器的位置。
4.根据权利要求1或2所述的晶体振荡器，其特征在于还包括：
绝热性构件，
所述绝热性构件设置于所述半导体芯片的设置着所述第一凸块的面的相反侧的面。
5.一种晶体振荡器的制造方法，其特征在于包括：
准备半导体晶片的工序；
在所述半导体晶片形成多个第一凸块的工序；
将所述半导体晶片分割为各自包含所述第一凸块的多个半导体芯片的工序；
使温度传感器接合于所述第一凸块的工序；
在使所述温度传感器接合的工序之后，将晶体振动片固定于覆盖所述温度传感器的位置的工序；
在所述半导体晶片的形成着所述多个第一凸块的面形成第二凸块的工序；以及
使加热器接合于所述第二凸块的工序，
其中，使所述加热器固定于所述半导体晶片的上表面中的所述温度传感器的两侧。
6.根据权利要求5所述的晶体振荡器的制造方法，其特征在于还包括：
在所述半导体晶片的形成着所述多个第一凸块的面的相反侧的面形成绝热性构件的工序。
7.根据权利要求5所述的晶体振荡器的制造方法，其特征在于还包括：
在所述半导体晶片的一个面形成绝热性构件的工序，
在形成所述多个第一凸块的工序中，在形成着所述绝热性构件的面的相反侧的面形成所述多个第一凸块。
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