JP2003109984A - Ｉｃ搭載発振器 - Google Patents

Ｉｃ搭載発振器

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JP2003109984A
JP2003109984A JP2001299377A JP2001299377A JP2003109984A JP 2003109984 A JP2003109984 A JP 2003109984A JP 2001299377 A JP2001299377 A JP 2001299377A JP 2001299377 A JP2001299377 A JP 2001299377A JP 2003109984 A JP2003109984 A JP 2003109984A
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JP
Japan
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oscillator
layer
bonding pad
aluminum
metal layer
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English (en)
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Motohiro Sato
元洋 佐藤
Yuugo Koyama
裕吾 小山
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発振器製造工程において固有の高温加熱に対
してのワイヤボンディング部分での接続不良を低減でき
る構造とする。 【解決手段】 複数回の熱履歴を経て製造されるＩＣ搭
載発振器である。パッケージに内蔵されるＩＣチップ１
４のワイヤボンディングパッド１６を熱遮蔽と固溶反応
防止用メタル層３９を中間層に介在したアルミニウム層
３２、３４によって形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＩＣ搭載発振器の構
造に係り、特に発振器の実装技術、電子デバイスのＩＣ
実装技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、発振器は、携帯電話や無線・有
線その他の通信機器用途において、高い周波数安定性が
求められている。この高い周波数安定性を実現するため
には、発振器を構成する部品の物性的・機械的安定性が
重要であり、特に振動子あるいは振動片の周波数安定性
が必要となっている。振動子はシリンダ内部に振動片を
実装し、樹脂モールドを施した単品としての完成品であ
り、振動片はセラミックパッケージのような表面実装タ
イプで内部にＩＣとともに振動片が同一チャンバ内に配
置され、蓋によって密閉されているものを対象としてい
る。この振動子あるいは振動片の安定性確保のために
は、振動子・振動片に形成されている励振電極に接着
剤、パッケージ材料等からの蒸発ガスが吸着されないこ
とが重要である。また、励振電極は水晶の下地面にＣｒ
層を形成した上に金・銀などの電極層を形成した構成と
なっているが、両者は加熱により溶け込むものの、加熱
による溶け込み具合によって膜質が変化し周波数の安定
性に影響する。このため、励振電極の膜質が劣化しない
ことが重要である。更に、振動片は接着剤によって取り
付けられるが、温度変化によって接着剤の接着応力が変
化し、これによって振動片に加わる応力が変化してしま
う。したがって、極力、応力の無い接着方式が要求され
ている。
【０００３】上述のような振動子・振動片の周波数安定
性の条件を満足するため、従来から、全ての部材からガ
スが出ないように、高温加熱して強制的にガスを短時間
で放出させ、再吸着させないようにすることが必要であ
る。また、励振電極の膜質の劣化が生じないように、加
熱して酸化・組成などの変化を加速して飽和させるよう
にしている。更に、マウント部の接着剤に起因する応力
変化を無くするため、接着剤の変化を加速し飽和させる
ように加熱することが行われている。いずれにしても、
製造工程の途中で複数回の加熱処理（アニール処理）の
安定化を図るようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、振動子や振
動片を搭載している発振器は、その製造工程で加熱処理
することによってその周波数安定性を図ろうとすると、
ＩＣのボンディングパッド部分の強度が弱くなってしま
う問題が別途に発生してしまう。
【０００５】ＩＣにはワイヤボンディングのためのパッ
ドがアルミニウム薄膜層で形成されている。パッドは材
質、構造、寸法によりバリエーションがある。例えば、
パッドの下層にはＡｌとＳｉとの絶縁が目的でＳｉＯ2
薄膜層があり、メーカによってはＳｉとＡｌの反応防止
のためにバリアメタル層が存在する構造がある。
【０００６】多種のパッド構造の内、アルミニウム層が
一層のもの（厚み約0.9μｍ程度）にワイヤボンディン
グ後、発振器固有の高熱の加工処理すなわちアニール処
理を施すと、接続界面からの剥離などに起因する接続不
良を多数引き起こすことがあった。この理由は、このパ
ッド構造では加熱によるＩＣとＡｕワイヤー接合部の合
金反応（拡散、共晶）において、有限拡散源としてのア
ルミニウムの量が少なかったため、劣化限界を抑えるの
が早かったことによると推定される。
【０００７】本発明は、上記従来の問題点に着目し、発
振器製造工程において固有の高温加熱に対してのワイヤ
ボンディング部分での接続不良を低減できる構造とする
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るＩＣ搭載発振器は、複数回の高温加熱
を経て製造されるＩＣ搭載発振器であって、パッケージ
に内蔵されるＩＣのワイヤボンディングパッドを熱遮蔽
と固溶反応防止用メタル層を中間に介在したアルミニウ
ム層によって形成したものである。
【０００９】また、本発明は、複数回の高温加熱を経て
製造されるＩＣ搭載発振器であって、パッケージに内蔵
されるＩＣのワイヤボンディングパッドをメタル層とア
ルミニウム層の組を複数積層させて構成されていること
を特徴としている。
【００１０】更に、セラミックなどのパッケージにＩＣ
を実装した後にパッケージおよびその搭載部品からガス
を放出させるべく高温加熱して製造されるＩＣ搭載発振
器であって、前記ＩＣのワイヤボンディングパッドを熱
遮蔽と固溶反応防止用メタル層を中間に介在したアルミ
ニウム層によって形成したことを特徴としている。
【００１１】本発明は、セラミックなどのパッケージに
振動子を実装した後に前記振動片に設けた励振電極の膜
質安定化のために加熱して製造されるＩＣ搭載発振器で
あって、前記ＩＣのワイヤボンディングパッドを熱遮蔽
と固溶反応防止用メタル層を中間に介在したアルミニウ
ム層によって形成したことを特徴とするＩＣ搭載発振器
としてもよい。
【００１２】また、セラミックなどのパッケージにＩＣ
や振動子を接着剤にて実装した後に接着剤の変化を飽和
させるべく加熱して製造されるＩＣ搭載発振器であっ
て、前記ＩＣのワイヤボンディングパッドを熱遮蔽と固
溶反応防止用メタル層を中間に介在したアルミニウム層
によって形成したことを特徴とするＩＣ搭載発振器の構
成でもよい。
【００１３】加えて、基板上にバリア層を介して電極パ
ッドとなるアルミニウム層を設けてなるボンディングパ
ッドを有するＩＣを搭載した発振器において、前記アル
ミニウム層の中間に前記バリア層と同質の中間メタル層
を介在させた構成とすることもできる。
【００１４】また、基板上にＳｉＯ2層を介して電極パ
ッドとなるアルミニウム層を設けてなるボンディングパ
ッドを有するＩＣを搭載した発振器において、前記Ｓｉ
Ｏ2層上にアルミニウム層と中間メタル層と上層アルミ
ニウム層からなるボンディングパッドを設けてなること
を特徴としてもよい。
【００１５】基本的には、アルミニウム層の中間にバリ
アメタルと同質の中間メタル層を設けたＩＣを用いる。
アルミニウムの膜厚は約２倍とすることが望ましく、従
来のメタル層の下に同様のアルミニウム層とメタル層が
もう１組存在する構成になっている。
【００１６】アルミニウム層は、２層ともＡｕ−Ａｌ合
金反応の有限拡散として働く。中間メタル層はその間で
拡散反応を抑制するとともに、導電体として働く。バリ
アメタル層はＳｉのアルミニウムとの反応を防止しなが
ら、導電体として働くものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るＩＣ搭載発
振器の具体的実施の形態について、図面を参照しつつ、
詳細に説明する。図３（１）は実施形態に係るセラミッ
クパッケージ型発振器１０の断面構成図である。この発
振器１０は、セラミック絶縁基板で形成された少なくと
も２層からなるベース１２の底面に導電性接着剤等によ
り発振回路を有するＩＣチップ１４が接着固定されてい
る。ベース１２には、Ｗ（タングステン）あるいはＭｏ
（モリブデン）等の金属がメタライズされ、Ｎｉ＋Ａｕ
メッキされた入出力用電極（図示せず）が形成されてお
り、この電極と前記ＩＣチップ１４のワイヤボンディン
グパッド１６とがＡｕボンディングワイヤ１８により電
気的に接続されている。
【００１８】また、水晶基板からフォトリソ加工された
矩形タイプの水晶振動子２０があり、その中央部に励振
用の電極が表裏に形成され、ベース１２のマウント部２
２に導電性接着剤２４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１２の最上部のメッキ層とリッド２
６とを、当該リッド２６に形成された半田等の金属クラ
ッド材を高温にて溶融させて接合し気密に封止してい
る。
【００１９】ここで、本実施形態では、上記ＩＣチップ
１４のワイヤボンディングパッド１６を熱遮蔽と固溶反
応防止用メタル層３０を中間に介在したアルミニウム層
３２、３４によって形成したものである。この構成を図
１に示す。
【００２０】ＩＣチップ１４の外部電極となるワイヤボ
ンディングパッド１６は、ＩＣチップの縁部に配列され
ているが、これはＳｉ基板３６に直接（同図（１））、
もしくはその表面にＳｉＯ2層からなる絶縁膜層３８を
形成しておき（同図（２））、Ｓｉ基板３６面上もしく
は絶縁膜層３８上に電極ラインをチップ縁部側まで引き
まわして、パッドを外部に臨ませている。
【００２１】ところで、ワイヤボンディングパッド１６
部分において、アルミニウム電極のコンタクト性の改善
やストレスマイグレーションによる断線対策の観点か
ら、アルミニウム層とＳｉ層もしくはＳｉＯ2層との間
にチタンナイトライド（ＴｉＮ）からなるバリアメタル
層４０を形成している。この実施形態では、このバリア
メタル層４０と第１アルミニウム層３２を形成し、更に
その上に前記バリアメタル層４０と同質のチタンナイト
ライド（ＴｉＮ）からなる中間メタル層３０とその上に
第２アルミニウム層３４を形成し、第２アルミニウム層
３４をボンディングパッド面として構成したものであ
る。第１、第２アルミニウム層３２，３４はそれぞれが
ほぼ同一の層厚（約１μｍ程度）となるように形成さ
れ、接合面における合金反応の有限拡散源となるアルミ
ニウム量が２倍になるようにしている。これにより、ボ
ンディング部の合金反応（拡散、共晶）において有限拡
散源が増え、劣化することを抑制することになるが、中
間メタル層３０は下層のバリアメタル層４０と同質であ
るから、２層のアルミニウム層３２，３４が有限拡散源
として働くが、中間メタル層３０はその間で拡散反応を
抑制するとともに、導電体として機能する。下層のバリ
アメタル層４０はＳｉのアルミニウムＡｌとの反応を防
止しながら、導電体として機能する。
【００２２】このような構成に係るワイヤボンディング
パッド１６を有するＩＣチップ１４は、上述したよう
に、セラミック絶縁基板からなるベース１２の底面に導
電性接着剤等によりＩＣチップ１４が接着固定され、入
出力用電極と前記ＩＣチップ１４のワイヤボンディング
パッド１６とがＡｕボンディングワイヤ１８により電気
的に接続される。ボンディング作業時にパッド１６に
は、図２（１）に示すように、衝撃荷重が加わるが、中
間メタル層３０が同図（２）に示しているように、この
衝撃を緩和する。
【００２３】ところで、セラミックパッケージ型発振器
１０は、その製造工程において、様々な高温加熱処理が
施される。例えばＩＣチップ１４を実装した後、２００
℃程度まで加熱され、接着剤の変化を飽和させる。ま
た、水晶振動子２０を実装した後、前記振動子に設けた
励振電極の膜質安定化のために短時間２５０℃程度まで
加熱処理が施される。更にはリッド２６を接合して封止
した後に２７０℃程度まで一時的に加熱して封止を完全
に行わせるようにしている。このような熱履歴が多数回
にわたって行われるとき、ボンディングパッド１６部分
にて２層のアルミニウム層３２、３４が設けられている
ので合金反応の有限拡散量が２倍になるとともに、中間
メタル層３０が拡散を抑制し、発振器固有の高熱による
加工においても合金反応を良好に行わせることができ
る。
【００２４】
【発明の効果】中間メタル層がボンディング時にパッド
が受ける衝撃を緩和し、アルミニウム膜が２層になるこ
とで、合金反応の有限拡散源（アルミニウム）の量が２
倍になるとともに、メタルが拡散を抑制し、発振器固有
の高熱による加工においても合金反応を良好に行い、結
果として接続不良を無くすことができる。発振器製造固
有の高温加熱に対してもワイヤボンディングに関して接
続不良を低減でき、ワイヤボンディング時のショックや
反応温度などの機械動作のばらつきにも対応範囲が増え
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るＩＣ搭載発振器のＩＣワイヤボ
ンディングパッド部分の断面図であり、（１）はＳｉ基
板上に直接電極を形成した断面図、（２）はＳｉ基板表
面の絶縁層上に電極を形成した断面図である。
【図２】同ボンディングパッド部のボンディング作業の
説明図であり、（１）は衝撃荷重の説明図、（２）は中
間メタル層による衝撃緩和作用の説明図である。
【図３】従来のＩＣ搭載発振器の構成を示し、（１）は
発振器断面構成図、（２）はボンディングパッド部の斜
視図、（３）はボンディングパッド部分の断面図であ
る。
【符号の説明】
１０………セラミックパッケージ型発振器、１２………
セラミックベース、１４………ＩＣチップ、１６………
ワイヤボンディングパッド、１８………Ａｕボンディン
グワイヤ、２０………水晶振動子、２２………マウント
部、２４………導電性接着剤、２６………リッド、３０
………中間メタル層、３２………第１アルミニウム層、
３４………第２アルミニウム層、３６………Ｓｉ基板、
３８………絶縁膜層、４０………バリアメタル層。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数回の熱履歴を経て製造されるＩＣ搭
    載発振器であって、パッケージに内蔵されるＩＣのワイ
    ヤボンディングパッドを熱遮蔽と固溶反応防止用メタル
    層を中間に介在したアルミニウム層によって形成したこ
    とを特徴とするＩＣ搭載発振器。
  2. 【請求項２】 複数回の熱履歴を経て製造されるＩＣ搭
    載発振器であって、パッケージに内蔵されるＩＣのワイ
    ヤボンディングパッドをメタル層とアルミニウム層の組
    を複数積層させて構成されていることを特徴とするＩＣ
    搭載発振器。
  3. 【請求項３】 パッケージにＩＣを実装した後にパッケ
    ージおよびその搭載部品からガスを放出させるべく加熱
    して製造されるＩＣ搭載発振器であって、前記ＩＣのワ
    イヤボンディングパッドを熱遮蔽と固溶反応防止用メタ
    ル層を中間層に介在したアルミニウム層によって形成し
    たことを特徴とするＩＣ搭載発振器。
  4. 【請求項４】 セラミックなどのパッケージに振動片を
    実装した後に前記振動片に設けた励振電極の膜質安定化
    のために加熱して製造されるＩＣ搭載発振器であって、
    前記ＩＣのワイヤボンディングパッドを熱遮蔽と固溶反
    応防止用メタル層を中間層に介在したアルミニウム層に
    よって形成したことを特徴とするＩＣ搭載発振器。
  5. 【請求項５】 セラミックなどのパッケージにＩＣや振
    動子を接着剤にて実装した後に接着剤の変化を飽和させ
    るべく加熱して製造されるＩＣ搭載発振器であって、前
    記ＩＣのワイヤボンディングパッドを熱遮蔽と固溶反応
    防止用メタル層を中間層に介在したアルミニウム層によ
    って形成したことを特徴とするＩＣ搭載発振器。
  6. 【請求項６】 基板上にバリア層を介して電極パッドと
    なるアルミニウム層を設けてなるボンディングパッドを
    有するＩＣを搭載した発振器において、前記アルミニウ
    ム層の中間に前記バリア層と同質の中間メタル層を介在
    させてなることを特徴とするＩＣ搭載発振器。
  7. 【請求項７】 基板上にＳｉＯ2層を介して電極パッド
    となるアルミニウム層を設けてなるボンディングパッド
    を有するＩＣを搭載した発振器において、前記ＳｉＯ2
    層上にアルミニウム層と中間メタル層と上層アルミニウ
    ム層からなるボンディングパッドを設けてなることを特
    徴とするＩＣ搭載発振器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011249438A (ja) * 2010-05-25 2011-12-08 Honda Motor Co Ltd 半導体装置の製造方法
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