JP2006066646A

JP2006066646A - 圧電素子収納用パッケージおよび圧電装置

Info

Publication number: JP2006066646A
Application number: JP2004247504A
Authority: JP
Inventors: Harumi Takeoka; 治己竹岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】薄型化を図ることができるとともに、絶縁基体にクラック等が生じる可能性を低減し、かつ、圧電素子の周波数特性が変化する可能性を低減した圧電素子収納用パッケージおよび圧電装置を提供すること。
【解決手段】圧電素子収納用パッケージ２０１と、凹部１０９に収容され電極が電極パッド１０２に電気的に接続された圧電素子２０２と、絶縁基体１０１の上面に凹部１０９を覆うように搭載され電極２０４が導電パッド１０４に電気的に接続された半導体素子２０３とを備えている。圧電素子収納用パッケージ２０１は、絶縁基体１０１の上面１０８の凹部１０９の周囲に形成され、半導体素子２０３の下面の外周部が接合されるメタライズ層１０３を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧電素子が収容される圧電素子収納用パッケージ、および、圧電素子が気密封止された圧電装置に関するものである。

従来の圧電素子収納用パッケージ、特に、圧電素子および圧電素子制御用の半導体素子が収容される圧電素子収納用パッケージは、半導体素子が収容される下部凹部と、その上方に位置し圧電素子が収容される上部凹部との２段の凹部が形成された絶縁基体（例えば、セラミック基体）により構成されている（下記の特許文献１の図２参照）。絶縁基体の下部凹部には、半導体素子の電極が電気的に接続される導電パッドが形成され、絶縁基体の上部凹部には、圧電素子の電極が電気的に接続される電極パッドが形成されている。絶縁基体の上面の２段の凹部の周囲には、ろう材を介して金属製蓋体を接合するためのメタライズ層が形成されている。

そして、従来の圧電装置は、この圧電素子収納用パッケージにおいて、絶縁基体の下部凹部に半導体素子が収納され、上部凹部に圧電素子が収納され、絶縁基体の上面の凹部の周囲に形成されたメタライズ層にろう材を介して金属製蓋体が接合されている。メタライズ層への金属製蓋体の接合は、シームウエルド法による溶接により行われていた。従来の圧電装置は、このようにして、絶縁基体と金属製蓋体とにより形成された空間に圧電素子および半導体素子が気密封止されている。

なお、シームウエルド法による金属製蓋体とメタライズ層との溶接は、いわゆるクラッドタイプの金属製蓋体（金属製蓋体の下面にろう材が一体成形されたもの）を、予めメタライズ層の上面に位置決めして搭載し、金属製蓋体の上面の外周部に沿って電極ローラーを移動させてろう材を加熱溶融して、ろう材を介して金属製蓋体とメタライズ層とを接合させることにより行なわれている。ろう材が溶融する温度は、銀合金や銅合金のろう材であれば、通常８００〜９００℃であり、接合部位における局所的な加熱温度は１０００℃以上となっている。
特開２００２−５０９２８号公報

しかしながら、従来の圧電素子収納用パッケージおよび圧電装置においては、絶縁基体の２段の凹部に半導体素子および圧電素子を収納し、さらにその２段の凹部を塞ぐように絶縁基体の上面に金属製蓋体を接合しなければならず、薄型化が困難であるという問題があった。

また、金属製蓋体と絶縁基体の上面のメタライズ層とを接合する際に、シームウエルド法等により８００〜９００℃と非常に高い温度で加熱する必要があるため、その加熱により、絶縁基体にクラック等が生じる可能性があり、気密封止性が低下するという問題があった。近年の圧電装置の小型化に伴って絶縁基体の大きさが数ミリ角程度と極めて小さなものとなってきているため、熱の影響をより受けやすく絶縁基体にクラックが生じる可能性が高まっており、さらに気密封止性が低下する傾向にある。すなわち、シームウエルド法による金属製蓋体の溶接において、金属製蓋体は、加熱されることにより熱膨張した状態で絶縁基体の上面のメタライズ層に接合された後、冷却により収縮していく。その際に、金属製蓋体が固定されている絶縁基体の上面には、凹部の中央部へ引っ張る力が加わり、絶縁基体にクラックが生じる可能性がある。特に、凹部の周囲の上面の幅（金属製蓋体が接合される壁部の厚み）が約１．０ｍｍ程度の小型のパッケージにおいて、この問題は顕著なものとなってくる。

また、圧電素子が水晶振動子のように熱の影響を受け易いものである場合、熱により圧電素子の周波数特性が変化し、圧電装置としての周波数特性が変化する可能性があるという問題があった。特に、近年の圧電装置の小型化に伴って、金属性蓋体が加熱されて絶縁基体に接合される部位と圧電素子との距離が非常に短くなるとともに、圧電素子のサイズがさらに小さくなることにより、圧電装置の周波数特性が変化してしまう可能性が高まっている。

本発明は、かかる問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、薄型化を図ることができるとともに、絶縁基体にクラック等の機械的な破壊が生じる可能性を低減し、かつ、圧電素子の周波数特性が変化する可能性を低減した圧電素子収納用パッケージおよび圧電装置を提供することにある。

本発明の圧電素子収納用パッケージは、上面に圧電素子が収容される凹部を有する絶縁基体と、前記凹部に形成され、前記圧電素子の電極が電気的に接続される電極パッドと、前記絶縁基体の前記上面の前記凹部の周囲に形成され、半導体素子の下面の外周部が接合されるメタライズ層と、前記絶縁基体の前記上面の前記メタライズ層の外側に形成され、前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電パッドと、前記絶縁基体に形成され、前記電極パッドと前記導電パッドとを電気的に接続する第１の配線導体と、前記絶縁基体の下面に形成された外部接続端子と、前記絶縁基体に形成され、前記導電パッドと前記外部接続端子とを電気的に接続する第２の配線導体とを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、好ましくは、前記メタライズ層は、接地電圧が供給されることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電装置は、請求項１または請求項２に記載された圧電素子収納用パッケージと、前記凹部に収容され、前記電極パッドに電気的に接続された圧電素子と、前記絶縁基体の前記上面に前記凹部を覆うように搭載され、電極が前記導電パッドに電気的に接続された半導体素子とを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電装置は、好ましくは、前記メタライズ層は金めっき層で被覆され、前記半導体素子は金−シリコン合金を介して前記金めっき層で被覆された前記メタライズ層と接合されていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、上面に圧電素子が収容される凹部を有する絶縁基体と、前記凹部に形成され、前記圧電素子の電極が電気的に接続される電極パッドと、前記絶縁基体の前記上面の前記凹部の周囲に形成され、半導体素子の下面の電極が電気的に接続される導電パッドと、前記電極パッドと前記導電パッドとを電気的に接続する第１の配線導体と、前記絶縁基体の下面に形成された外部接続端子と、前記導電パッドと前記外部接続端子とを電気的に接続する第２の配線導体とを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電装置は、請求項５に記載された圧電素子収納用パッケージと、前記凹部に収容され、電極が前記電極パッドに電気的に接続された圧電素子と、下面に形成された電極が前記導電パッドに電気的に接続され、前記絶縁基体の前記上面に前記凹部を覆うように搭載された半導体素子と、該半導体素子と前記絶縁基体との間に設けられ、前記凹部を気密封止する封止材とを備えていることを特徴とするものである。

本発明の圧電素子収納用パッケージは、上面に圧電素子が収容される凹部を有する絶縁基体と、絶縁基体の上面の凹部の周囲に形成され、半導体素子の下面の外周部が接合されるメタライズ層と、絶縁基体の上面のメタライズ層の外側に形成され、半導体素子の電極に電気的に接続される導電パッドとを備えていることにより、絶縁基体の上面に圧電素子が収容された凹部を塞ぐように半導体素子を接合することができ、金属製蓋体を用いることなく圧電素子を気密封止することが可能となり、薄型の圧電装置を実現することができる圧電素子収納用パッケージを提供することが可能となる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、このような構成により、シームウエルド法による溶接に比べて低温の熱処理により圧電装置を製造することができ、絶縁基体にクラック等の機械的な破壊が生じる可能性を低減させることができる。すなわち、本発明の圧電素子収納用パッケージは、約３００〜４００℃程度の熱処理により半導体素子をメタライズ層に接合することができ、従来の圧電素子収納用パッケージに比べて低温で圧電素子の気密封止を行うことが可能となり、絶縁基体にクラック等の機械的な破壊が生じる可能性を低減させることができる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、このような構成により、シームウエルド法による溶接に比べて低い温度の熱処理により圧電装置を製造することができ、圧電素子の周波数特性が変化する可能性を低減させることが可能となる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、好ましくは、メタライズ層は、接地電圧が供給されることにより、半導体素子の下面側と第１の配線導体および第２の配線導体との間で発生する浮遊容量を低減し、発振周波数の変動を低減させることができる。

本発明の圧電装置は、請求項１または請求項２に記載された圧電素子収納用パッケージと、凹部に収容され、電極パッドに電気的に接続された圧電素子と、絶縁基体の上面に凹部を覆うように搭載され、電極が導電パッドに電気的に接続された半導体素子とを備えていることにより、従来必要であった金属製蓋体を用いることなく圧電素子を気密封止し、薄型化を図った圧電装置を実現することができる。

また、本発明の圧電装置は、このような構成により、シームウエルド法による溶接に比べて低温の熱処理で製造され、絶縁基体のクラック等を低減した圧電装置を実現することができる。

また、本発明の圧電装置は、このような構成により、シームウエルド法による溶接に比べて低温の熱処理により製造することができ、圧電素子の周波数特性の変化を低減した圧電装置を実現することが可能となる。

また、本発明の圧電装置は、好ましくは、メタライズ層は金めっき層で被覆され、半導体素子は金−シリコン合金を介して金めっき層で被覆されたメタライズ層と接合されていることにより、半導体素子とメタライズ層との接合を強固なものとした圧電装置を実現することができる。すなわち、半導体素子の基板は一般的にシリコンから成るため、半導体素子を、金−シリコン合金を介して金めっき層で被覆されたメタライズ層に接合することにより、半導体素子とメタライズ層との接合強度を向上させることができる。

また、本発明の圧電装置は、このような構成により、半導体素子とメタライズ層とを位置合わせして、シームウエルド法による溶接に比べて低温で加熱するだけで半導体素子とメタライズ層とを強固に接合させることができるため、気密封止の信頼性や周波数特性の精度により優れた圧電装置を実現することができる。

本発明の圧電素子収納用パッケージは、上面に圧電素子が収容される凹部を有する絶縁基体と、凹部に形成され、圧電素子の電極が接続される電極パッドと、絶縁基体の上面の凹部の周囲に形成され、半導体素子の下面の電極が電気的に接続される導電パッドとを備えていることにより、絶縁基体の上面に圧電素子が収容された凹部を塞ぐように半導体素子を接合することができ、金属製蓋体を用いることなく圧電素子を気密封止することが可能となり、薄型の圧電装置を実現することができる圧電素子収納用パッケージを提供することが可能となる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、このような構成により、シームウエルド法による溶接に比べて低温の熱処理により圧電装置を製造することができ、絶縁基体にクラック等の機械的な破壊が生じる可能性を低減することができる。すなわち、本発明の圧電素子収納用パッケージは、約３００〜４００℃程度の熱処理により半導体素子を絶縁基体に接合することができ、従来の圧電素子収納用パッケージに比べて低温で圧電素子の気密封止を行うことが可能となり、絶縁基体にクラック等の機械的な破壊が生じる可能性を低減させることができる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、このような構成により、シームウエルド法による溶接に比べて低温の熱処理により圧電装置を製造することができ、圧電素子の周波数特性が変化する可能性を低減させることが可能となる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、このような構成により、圧電装置の薄型化をさらに図ることができる圧電素子収納用パッケージを提供することが可能となる。すなわち、本発明の圧電素子収納用パッケージは、絶縁基体の上面の凹部の周囲に、半導体素子の下面の電極が電気的に接続される導電パッドを備えていることにより、絶縁基体の凹部を塞ぐように半導体素子をフリップチップ実装することができ、半導体素子をワイヤボンディング実装する場合のワイヤ高さを考慮することなく圧電装置を実現することが可能となり、圧電装置の薄型化をさらに進めることができる。

本発明の圧電装置は、請求項５に記載された圧電素子収納用パッケージと、凹部に収容され、電極パッドに電気的に接続された圧電素子と、電極が導電パッドに電気的に接続され、絶縁基体の上面に凹部を覆うように搭載された半導体素子と、半導体素子と絶縁基体との間に設けられ、凹部を気密封止する封止部材とを備えていることにより、従来必要であった金属製蓋体を用いることなく圧電素子を気密封止し、薄型化の圧電装置を実現することができる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、このような構成により、さらに薄型化を図ることができる。すなわち、本発明の圧電装置は、下面に形成された電極が導電パッドに電気的に接続され、絶縁基体の上面に凹部を覆うように搭載された半導体素子を備えていることにより、換言すると、絶縁基体の上面に絶縁基体の凹部を塞ぐように半導体素子をフリップチップ実装していることにより、半導体素子をワイヤボンディング実装する場合に比べてさらに薄型の圧電装置を実現することができる。

本発明の圧電素子収納用パッケージおよび圧電装置について図面を用いて詳細に説明する。まず、図１を用いて本発明の圧電素子収納用パッケージの実施の形態の第１の例について説明する。図１（ａ）は、本発明の圧電素子収納用パッケージの第１の例の構造を示す平面図である。また、図1（ｂ）は、図１（ａ）に示した圧電素子収納用パッケージのＸ−Ｘ’線における断面図である。

本発明の圧電素子収納用パッケージは、圧電素子（図示せず）が収容される絶縁基体１０１と、圧電素子の電極が電気的に接続される電極パッド１０２と、半導体素子（図示せず）の下面の外周部が接合されるメタライズ層１０３と、半導体素子の電極に電気的に接続される導電パッド１０４と、電極パッド１０２と導電パッド１０４とを電気的に接続する第１の配線導体１０５と、外部接続端子１０６と、導電パッド１０４と外部接続端子１０６とを電気的に接続する第２の配線導体１０７とを備えている。

絶縁基体１０１は、上面１０８に圧電素子が収容される凹部１０９を有する。絶縁基体１０１は、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックス材料や樹脂材料等の電気絶縁材料から成る。絶縁基体１０１は、例えば一辺の長さが５〜２０ｍｍ程度で厚みが１〜３ｍｍ程度の四角形状である。凹部１０９は、圧電素子を効率よく収容するために、圧電素子の形状に応じた形状および寸法で形成される。図１に示した本発明の圧電素子収納用パッケージにおいて、凹部１０９は、長方形板状の圧電素子（例えば、水晶振動子等）を収納するために直方体形状に形成されている。凹部１０９は、絶縁基体１０１の上面１０８の中央部に形成されている。

この凹部１０９を有する絶縁基体１０１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、次のようにして形成される。まず、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤等を添加混合して泥漿状となし、これをドクタブレード法等のシート成形法によりシート状に成形して複数枚のセラミックグリーンシートを得る。次に、それらセラミックグリーンシートのうち一部のセラミックグリーンシートの中央部を四角形状に打抜いて枠状のセラミックグリーンシートを形成する。そして、枠状のセラミックグリーンシートが上層に位置するように、複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、その積層体を約１，６００℃程度の温度で焼成することにより、凹部１０９を有する絶縁基体１０１を得る。

電極パッド１０２は、絶縁基体１０１の凹部１０９に形成されている。電極パッド１０２は、導電性接着剤（図示せず）を介して圧電素子の下面に形成されている電極に電気的に接続される。この電極パッド１０２は、パッケージの内部と外部との間の導電経路の一部として機能する。そして、電極パッド１０２は、圧電素子の電極をパッケージの外部に形成された外部接続端子１０６に電気的に接続する。

電極パッド１０２は、例えば圧電素子が水晶振動子の場合であれば、水晶振動子の下面の端部に形成されている電極との接続に適するように、凹部１０９の底面１１０の外周部に形成される。なお、電極パッド１０２は、圧電素子の形状や第１の配線導体１０５および第２の配線導体１０７の引き回し等に応じて、凹部１０９の他の部位に形成されてもよい。また、電極パッド１０２は、凹部１０９の底面に設けられた支持台（図示せず）の上面に形成されてもよい。

電極パッド１０２は、圧電振動子との電気的な接続が容易かつ強固なものであるために、可能な限り面積を大きくすることが好ましい。また、このような電気的な接続の作業性や接続の強度の確保、電極パッド１０２の形成の容易性、電極パッド１０２の絶縁基体１０１（凹部１０９の底面１１０等）に対する接合強度等を考慮すると、四角形状、角部を円弧状に形成した角丸四角形状、楕円形状、円形状等が好ましい。

メタライズ層１０３は、絶縁基体１０１の上面１０８の凹部１０９の周囲に形成されている。このメタライズ層１０３に半導体素子の下面の外周部が接合されることにより、凹部１０９は半導体素子により塞がれ、絶縁基体１０１の凹部１０９と半導体素子とで形成される空間に圧電素子が気密封止される。半導体素子の下面とメタライズ層１０３との接合は、金−シリコン合金や、錫−鉛半田等の低融点のろう材を介して行なわれる。

導電パッド１０４は、絶縁基体１０１の上面１０８のメタライズ層１０３の外側に形成されている。導電パッド１０４は、半導体素子の電極に電気的に接続され、半導体素子の電極を圧電素子や外部電気回路と電気的に接続せるための導電路の一部として機能する。

第１の配線導体１０５は、絶縁基体１０１に形成されている。図1に示した本発明の圧電素子収納用パッケージにおいて、第１の配線導体１０５は、絶縁基体１０１の側面に形成されている。第１の配線導体１０５を介して半導体素子と圧電素子とが電気的に接続されることにより、例えば、圧電素子が水晶振動子の場合、その温度補償を半導体素子に行わせることができる。このように、本発明の圧電素子収納用パッケージによれば、薄型形状の温度補償型の発信器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）を実現することができる。

外部接続端子１０６は、絶縁基体１０１の下面１１１に形成されている。外部接続端子１０６が半田等の導電性接合材を介して外部電気回路と電気的および機械的に接続されることにより、圧電素子収納用パッケージ（圧電装置）が外部電気回路基板に実装される。

第２の配線導体１０７は、絶縁基体１０１に形成されている。図1に示した本発明の圧電素子収納用パッケージにおいて、第２の配線導体１０７は、絶縁基体１０１の側面に形成されている。第２の配線導体１０７および外部接続端子１０６を介して、半導体素子の電極が外部電気回路に電気的に接続される。

なお、第１の配線導体１０５および第２の配線導体１０７に代えて、若しくは、第１の配線導体１０５および第２の配線導体１０７に加えて、絶縁基体１０１に別の配線導体を形成し、これを介して電極パッド１０２と外部接続端子１０６とを電気的に接続させてもよい。このような配線導体は、例えば、絶縁基体１０１の内部にいわゆるビア導体の形態により凹部１０９の底面１１０と絶縁基体１０１の下面１１１との間等に形成される。

電極パッド１０２，メタライズ層１０３，導電パッド１０４，第１の配線導体１０５および第２の配線導体１０７は、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金等の金属材料により形成される。また、外部接続端子１０６も、同様の金属材料で形成される。例えば、電極パッド１０２，メタライズ層１０３，導電パッド１０４，第１の配線導体１０５，第２の配線導体１０７および外部接続端子１０６がタングステンから成る場合であれば、タングステンの粉末を有機溶剤，バインダとともに混練して得た金属ペーストを、絶縁基体１０１となるセラミックグリーンシートに所定のパターンで印刷塗布しておくことにより形成される。

外部接続端子１０６は、上述のような金属ペーストの塗布，焼成で形成されるものに限らず、半田バンプ等の金属バンプや、リード端子、ピン状の金属端子でもよい。外部接続端子１０６は、例えば、半田バンプから成る場合であれば、第２の配線導体１０７の露出部分に半田バンプを溶融，接合させておくことにより形成される。

なお、電極パッド１０２，メタライズ層１０３，導電パッド１０４，第１の配線導体１０５，第２の配線導体１０７および外部接続端子１０６の露出表面には、酸化腐食を防止するとともに、電極パッド１０２と圧電素子の電極との接続および外部接続端子１０６と外部電気回路との接続を強固なものとするために、１．０〜２０．０μｍ程度の厚みのニッケルめっき層と０．１〜３．０μｍ程度の厚みの金めっき層とが順次被着されていてもよい。

本発明の圧電素子収納用パッケージは、上面１０８に圧電素子が収容される凹部１０９を有する絶縁基体１０１と、絶縁基体１０１の上面１０８の凹部１０９の周囲に形成され、半導体素子の下面の外周部が接合されるメタライズ層１０３と、絶縁基体１０１の上面１０８のメタライズ層１０３の外側に形成され、半導体素子の電極に電気的に接続される導電パッド１０４とを備えていることにより、圧電素子が収容された凹部１０９を塞ぐように半導体素子を絶縁基体１０１の上面に接合することができ、金属製蓋体を用いることなく圧電素子を気密封止することが可能となり、圧電装置の薄型化を図ることができる圧電素子収納用パッケージを提供することが可能となる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、このような構成により、シームウエルド法による溶接に比べて低温の熱処理により圧電装置を製造することができ、絶縁基体１０１にクラック等の機械的な破壊が生じる可能性を低減させることができる。すなわち、本発明の圧電素子収納用パッケージは、約３００〜４００℃程度の熱処理により半導体素子をメタライズ層１０３に接合することができ、従来の圧電素子収納用パッケージに比べて低温の熱処理で圧電素子の気密封止を行うことが可能となり、絶縁基体１０１にクラック等の機械的な破壊が生じる可能性を低減することができる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージにおいて、メタライズ層１０３は、接地電圧が供給されることが好ましい。本発明の圧電素子収納用パッケージは、メタライズ層１０３に接続されている半導体素子の下面側と第１の配線導体１０５および第２の配線導体１０７との間で発生する浮遊容量を低減し、発振周波数の変動を低減させることができる。また、メタライズ層１０３とメタライズ層１０３に接地電圧を供給するための導体（例えば、第１の配線導体１０５、第２の配線導体等）とにより、凹部１０９を電磁的に遮蔽することができ、圧電素子に対する外部回路の電子部品からの高周波ノイズの影響を低減し、発振周波数の変動を低減させることが可能となる。

なお、メタライズ層１０３への接地電圧の供給は、第１の配線導体１０５および第２の配線導体１０７とは別に、絶縁基体１０１の下面１１側等の外表面からメタライズ層１０３にかけて絶縁基体１０１の内部を貫通する貫通導体（図示せず）を形成したり、絶縁基体１０１の側面を上下に繋ぐ側面導体を形成したりし、貫通導体や側面導体の一部を外部電気回路の接地電圧用端子（図示せず）と電気的に接続させることにより行なってもよい。この場合、メタライズ層１０３に接地電圧を供給する導体を、凹部１０９を囲むようにして多数形成しておけば、凹部１０９の電磁的な遮蔽をより効果的なものとすることができる。また、このような導体は、凹部１０９の底面に形成しておいてもよい。

次に、本発明の圧電装置の実施の形態の第１の例について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、本発明の圧電装置の第１の例の構造を示す平面図である。なお、図２（ａ）において、圧電装置の内部を示すために半導体素子を覆う封止材の外縁を点線で表している。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した圧電装置のＸ−Ｘ’線における断面図である。なお、図２に示した本発明の圧電装置において、図１に示した圧電素子収納用パッケージと同一の構成には同一の符号を付している。

本発明の圧電装置は、図１に示した圧電素子収納用パッケージ２０１と、凹部１０９に収容された圧電素子２０２と、絶縁基体１０１の上面１０８に凹部１０９を覆うように搭載された半導体素子２０３とを備えている。圧電素子２０２は、上面（表面，フェース）に電極パッド１０２に電気的に接続された電極を有する。半導体素子２０３は、導電パッド１０４に電気的に接続された電極２０４を有する。半導体素子２０３は、メタライズ層１０３に下面（基板側の面）の外周部が全周にわたって接合されている。図２に示した本発明の圧電装置において、半導体素子２０３の電極２０４は、ボンディングワイヤ２０５を介して導電パッド１０４に電気的に接続されている。

半導体素子２０３の電極２０４が形成されている部位を含む上面、ボンディングワイヤ２０５、ボンディングワイヤ２０５と導電パッド１０４との接続部分等は、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等の樹脂から成る封止材２０６により被覆されている。このような構成により、ボンディングワイヤ２０５の切れ、導電パッド１０４および電極２０４からのボンディングワイヤ２０５の外れ等の接続上の不具合や、電極２０４や導電パッド１０４の酸化腐食等を抑制することができ、より長期信頼性に優れた圧電装置とすることができる。

また、封止部材２０６を絶縁基体１０１の側面まで連続的に形成し、絶縁基体１０１の角部にカケ等の破損が生じることを抑制してもよい。また、封止材２０６の内部に炭素や窒化アルミニウム等の熱伝導性の高い材料の粉末を添加しておき、半導体素子２０３の作動に伴って発生する熱の放散性を高め、信頼性を向上させるようにしてもよい。

また、本発明の圧電装置おいて、メタライズ層１０３は、金めっき層（図示せず）で被覆され、半導体素子２０３は金−シリコン合金２０７を介して金めっき層で被覆されたメタライズ層１０３と接合されていることが好ましい。一般的に、半導体素子の基板はシリコンから成るため、半導体素子２０３を、金−シリコン合金２０７を介して金めっき層で被覆されたメタライズ層１０３に接合することにより、半導体素子２０３とメタライズ層１０３との接合強度を向上させることができる。そして、このような構成により、半導体素子とメタライズ層とを位置合わせして、シームウエルド法による溶接より低い温度で加熱するだけで半導体素子２０３とメタライズ層１０３とを強固に接合させることができるため、気密封止の信頼性や周波数特性により一層優れた圧電装置を実現することができるとともに、圧電装置の生産性も向上させることができる。

なお、金めっき層は、電解法や無電解法等のめっき法により形成することができる。例えば電解法による場合であれば、シアン化金を金供給源とし、ｐＨ調整剤，錯化剤等を添加して成る金めっき液中にメタライズ層１０３が形成されている絶縁基体１０１を浸漬し、所定の電流密度，時間でメタライズ層１０３に通電することにより、金めっき層を形成することができる。この場合、金めっき層は、その厚さを０．３μｍ以上とすることが好ましい。０．３μｍ未満では金−シリコン合金の接合を強固なものとすることが困難である。また、生産性やコストを考慮すれば、０．３μｍ〜０．５μｍの範囲がより一層好ましい。

また、メタライズ層１０３と金めっき層との間に、ニッケルめっき層や銅めっき層等の下地めっき層（図示せず）を介在させてもよい。メタライズ層１０３および金めっき層の両者に対して密着性に優れたニッケル層等を下地めっき層として介在させておくと、金めっき層のメタライズ層１０３に対する被着強度をより一層高めることができる。この場合、例えば、メタライズ層１０３がタングステンのメタライズ層から成る場合であれば、厚さが２．０μｍ〜１０．０μｍ程度のニッケルめっき層が、メタライズ層１０３および金めっき層に対する密着性や、下地めっき層の内部応力に起因する剥がれの防止の点で好ましい。

次に、本発明の圧電装置の実施の形態の第２の例について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、本発明の圧電装置の第２の例の構造を示す平面図である。なお、図３（ａ）において、圧電装置の内部を示すために半導体素子を覆う封止材の外縁を点線で表している。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した圧電装置のＸ−Ｘ’線における断面図である。なお、図３に示した本発明の圧電装置において、図１に示した圧電素子収納用パッケージと同一の構成には同一の符号を付している。

本発明の圧電装置は、図１に示した圧電素子収納用パッケージ２０１と、凹部１０９に収容された圧電素子２０２と、絶縁基体１０１の上面１０８に凹部１０９を覆うように搭載された半導体素子３０３とを備えている。圧電素子２０２は、電極パッド１０２に電気的に接続された電極を有する。半導体素子３０３は、下面（表面，フェース）に導電パッド１０４に電気的に接続された電極３０４を有するフリップチップである。図３に示した本発明の圧電装置において、半導体素子３０３の電極３０４は、導電性接合部材３０５を介して導電パッド１０４に電気的に接続されている。この導電性接合部材３０５は、予め半導体素子３０３の電極３０４に形成されている半田，金等の金属材料から成る金属バンプ、若しくは、異方導電性接着剤等の接着剤等である。

本発明の圧電装置は、半導体素子３０３の下面（表面，フェース）の電極３０４の内側に設けられ、半導体素子３０３の下面の外周部とメタライズ層１０３とを接合する第１の封止材３０６を備えている。この第１の封止材３０６は、絶縁基体１０１の上面１０８における凹部１０９の周囲の全周にわたって設けられ、圧電素子２０２が収容された凹部１０９を気密封止している。第１の封止材３０６は、例えば、ろう材，樹脂若しくは合金等である。

本発明の圧電装置は、このような構成により、圧電装置の上面側に、半導体素子の電極や、電極と接続されるボンディングワイヤ等の突出部分が存在しないため、さらに薄型化を図ることができる。

また、本発明の圧電装置は、このような構成により、半導体素子３０３の電極３０４を導電パッド１０２に電気的に接続する工程と凹部１０９を半導体素子３０３で塞いで圧電素子２０２を気密封止する工程とを同時に行い、これら工程による半導体素子３０３に対する加熱処理を一度で済ませた圧電装置を実現することができ、半導体素子の熱破壊を低減した圧電装置を実現することが可能となる。

また、本発明の圧電装置において、半導体素子３０３の上面（基板面）、半導体素子３０３の電極３０４と導電パッド１０４との接続部分等は、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等の樹脂から成る第２の封止材２０６により被覆されている。このような構成により、半導体素子３０３の電極３０４や導電パッド１０４の酸化腐食等を抑制することができ、より信頼性に優れた圧電装置とすることができる。

また、第２の封止材２０６を絶縁基体１０１の側面まで連続的に形成し、絶縁基体１０１の角部にカケ等の破損が生じることを抑制してもよい。また、第２の封止材２０６の内部に炭素や窒化アルミニウム等の熱伝導性の高い材料の粉末を添加しておき、半導体素子３０３の作動に伴って発生する熱の放散性を高め、信頼性を向上させるようにしてもよい。

また、本発明の圧電装置おいて、メタライズ層１０３は、金めっき層（図示せず）で被覆され、半導体素子３０３は金−シリコン合金である第１の封止材３０６を介して金めっき層で被覆されたメタライズ層１０３と接合されていることが好ましい。本発明の圧電装置は、このような構成により、半導体素子３０３の下面と絶縁基体１０１の上面のメタライズ層１０３とが強固に接合された圧電装置を実現することができる。また、別途ろう材等を介在させることなく、半導体素子３０３を絶縁基体１０１に、低温で、容易かつ強固に接合させることができ、信頼性が高く、生産性も良好な圧電装置を実現することができる。

次に、図４を用いて本発明の圧電素子収納用パッケージの実施の形態の第２の例について説明する。図４（ａ）は、本発明の圧電素子収納用パッケージの第２の例の構造を示す平面図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した圧電素子収納用パッケージのＸ−Ｘ’線における断面図である。

本発明の圧電素子収納用パッケージは、圧電素子（図示せず）が収容される絶縁基体４０１と、圧電素子の電極が電気的に接続される電極パッド４０２と、半導体素子（図示せず）の下面の電極が電気的に接続される導電パッド４０４と、電極パッド４０２と導電パッド４０４とを電気的に接続する第１の配線導体４０５と、外部接続端子４０６と、導電パッド４０４と外部接続端子４０６とを電気的に接続する第２の配線導体４０７とを備えている。

絶縁基体４０１は、上面４０８に圧電素子が収容される凹部４０９を有する。絶縁基体４０１は、図１に示した圧電素子収納用パッケージと同様に、セラミックス材料や樹脂材料等の電気絶縁材料から成る。

電極パッド４０２は、絶縁基体４０１の凹部４０９に形成されている。電極パッド４０２は、導電性接着剤（図示せず）を介して圧電素子の下面に形成されている電極に電気的に接続される。電極パッド４０２は、例えば圧電素子が水晶振動子の場合であれば、水晶振動子の下面の端部に形成されている電極との接続に適するように、凹部４０９の底面４１０の外周部に形成されている。

導電パッド４０４は、絶縁基体４０１の上面４０８の外周部（凹部４０９の周囲）に形成されている。導電パッド４０４は、半導体素子の下面（表面，フェース）に形成された電極に電気的に接続され、半導体素子の電極を圧電素子や外部電気回路と電気的に接続せるための導電路の一部として機能する。

第１の配線導体４０５は、絶縁基体４０１に形成されている。図４に示した本発明の圧電素子収納用パッケージにおいて、第１の配線導体４０５は、絶縁基体４０１の側面に形成されている。第１の配線導体４０５により半導体素子と圧電素子とが電気的に接続されることにより、例えば、圧電素子が水晶振動子の場合、その温度補償を半導体素子に行わせることができる。このように、本発明の圧電素子収納用パッケージによれば、薄型形状の温度補償型の発信器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）を実現することができる。

外部接続端子４０６は、絶縁基体４０１の下面４１１に形成されている。外部接続端子４０６が半田等の導電性接合材を介して外部電気回路と電気的および機械的に接続されることにより、圧電素子収納用パッケージ（圧電装置）が外部電気回路基板に実装される。

第２の配線導体４０７は、絶縁基体４０１に形成されている。図４に示した本発明の圧電素子収納用パッケージにおいて、第２の配線導体４０７は、絶縁基体４０１の側面に形成されている。第２の配線導体４０７および外部接続端子４０６を介して、半導体素子の電極が外部電気回路に電気的に接続される。

なお、第１の配線導体４０５および第２の配線導体４０７に代えて、若しくは、第１の配線導体４０５および第２の配線導体４０７に加えて別の配線導体を形成し、これを介して電極パッド４０２と外部接続端子４０６とを電気的に接続させてもよい。このような配線導体は、絶縁基体４０１の内部にいわゆるビア導体の形態により凹部４０９の底面４１０と絶縁基体４０１の下面４１１との間等に形成することができる。

本発明の圧電素子収納用パッケージは、上面４０８に圧電素子が収容される凹部４０９を有する絶縁基体４０１と、凹部４０９に形成され、圧電素子が接続される電極パッド４０２と、絶縁基体４０１の上面４０８の凹部４０９の周囲に形成され、半導体素子の下面（表面，フェース）の電極が電気的に接続される導電パッド４０４とを備えていることにより、圧電素子が収容された凹部４０９を塞ぐように半導体素子を絶縁基体４０１の上面に接合することができ、従来必要であった金属製蓋体を用いることなく圧電素子を気密封止することが可能となり、圧電装置の薄型化を図ることができる圧電素子収納用パッケージを提供することが可能となる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、このような構成により、シームウエルド法による溶接に比べて低温の熱処理により圧電装置を製造することができ、絶縁基体４０１にクラック等の機械的な破壊が生じる可能性を低減することができる。すなわち、本発明の圧電素子収納用パッケージは、約３００〜４００℃程度の熱処理により半導体素子を絶縁基体４０１に接合することができ、従来の圧電素子収納用パッケージに比べて低温で圧電素子の気密封止を行うことが可能となり、絶縁基体４０１にクラック等の機械的な破壊が生じる可能性を低減することができる。

また、本発明の圧電素子収納用パッケージは、このような構成により、さらに圧電装置の薄型化を図ることができる圧電素子収納用パッケージを提供することが可能となる。すなわち、本発明の圧電素子収納用パッケージは、絶縁基体４０１の上面４０８の凹部４０９の周囲に、半導体素子の下面（表面，フェース）の電極が電気的に接続される導電パッド４０４を備えていることにより、絶縁基体４０１の凹部４０９を塞ぐように半導体素子をフリップチップ実装することができ、半導体素子をワイヤボンディング実装する場合のワイヤ高さを考慮することなく圧電装置を実現することが可能となり、圧電装置の薄型化をさらに進めることができる。

次に、本発明の圧電装置の実施の形態の第３の例について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、本発明の圧電装置の第３の例の構造を示す平面図である。なお、図５（ａ）において、圧電装置の内部を示すために半導体素子を覆う封止部材の外縁を点線で表している。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した圧電装置のＸ−Ｘ’線における断面図である。なお、図５に示した本発明の圧電装置において、図４に示した圧電素子収納用パッケージと同一の構成には同一の符号を付している。

本発明の圧電装置は、図４に示した圧電素子収納用パッケージ５０１と、凹部４０９に収容された圧電素子５０２と、絶縁基体４０１の上面４０８に凹部４０９を覆うように搭載された半導体素子５０３と、凹部４０９を気密封止する封止材（第１の封止材）５０６とを備えている。

圧電素子５０２は、電極パッド４０２に電気的に接続された電極を有する。半導体素子５０３は、下面（表面，フェース）に形成され、導電パッド４０４に電気的に接続された電極５０４を有する。図５に示した本発明の圧電装置において、半導体素子５０３の下面（表面，フェース）に形成された電極５０４は、導電性接合部材５０５を介して導電パッド４０４に電気的に接続されている。

図5に示した圧電装置において、封止材（第１の封止材）５０６は、半導体素子５０３の下面（表面，フェース）と絶縁基体４０１との間で、半導体素子５０３の電極５０４と導電パッド４０４との接合部を覆うように、凹部４０９の周囲の全周にわたって設けられている。この封止材（第１の封止材）５０６により、圧電素子５０２が収容されている凹部４０９は気密封止されている。

また、図５に示した本発明の圧電装置において、半導体素子５０３の上面（基板面）は、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等の樹脂から成る封止材（第２の封止材）５０７により被覆されている。このような構成により、信頼性に優れた圧電装置を実現することができる。

また、封止材（第２の封止材）５０７を絶縁基体４０１の側面まで連続して形成し、絶縁基体４０１の角部にカケ等の破損が生じることを抑制してもよい。また、封止材（第２の封止材）５０７の内部に炭素や窒化アルミニウム等の熱伝導性の高い材料の粉末を添加しておき、半導体素子５０３の動作に伴って発生する熱の放散性を高め、信頼性を向上させるようにしてもよい。

本発明の圧電装置は、圧電素子収納用パッケージ５０１と、凹４０９部に収容され、電極パッド４０２に電気的に接続された圧電素子５０２と、下面（表面，フェース）に形成された電極５０４が導電パッド４０４に電気的に接続され、絶縁基体４０１の上面４０８に凹部４０９を覆うように搭載された半導体素子５０３と、半導体素子５０３と絶縁基体４０１との間に設けられ、凹部４０９を気密封止する封止部材５０６とを備えていることにより、従来必要であった金属製蓋体を用いることなく圧電素子を気密封止し、薄型化を図った圧電装置を実現することができる。

また、本発明の圧電装置は、このような構成により、シームウエルド法による溶接に比べて低温の熱処理で実現され、絶縁基体４０１のクラック等を低減した圧電装置を実現することができる。

また、本発明の圧電装置は、このような構成により、シームウエルド法による溶接に比べて低温の熱処理により実現することができ、圧電素子５０２の周波数特性の変化を低減した圧電装置を実現することが可能となる。

また、本発明の圧電装置は、下面（表面，フェース）に形成された電極５０４が導電パッド４０４に電気的に接続され、絶縁基体４０１の上面に凹部４０９を覆うように搭載された半導体素子５０３を備えていることにより、換言すると、絶縁基体４０１の凹部４０９を塞ぐように絶縁基体４０１の上面４０８にフリップチップ実装された半導体素子５０３を備えていることにより、半導体素子をワイヤボンディング実装する場合に比べてさらに薄型の圧電装置を実現することができる。

（ａ）は、本発明の圧電素子収納用パッケージの第１の例の構造を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した圧電素子収納用パッケージのＸ−Ｘ’線における断面図である。（ａ）は、本発明の圧電装置の第１の例の構造を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した圧電装置のＸ−Ｘ’線における断面図である。（ａ）は、本発明の圧電装置の第２の例の構造を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した圧電装置のＸ−Ｘ’線における断面図である。（ａ）は、本発明の圧電素子収納用パッケージの第２の例の構造を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した圧電素子収納用パッケージのＸ−Ｘ’線における断面図である。（ａ）は、本発明の圧電装置の第３の例の構造を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した圧電装置のＸ−Ｘ’線における断面図である。

符号の説明

１０１・・・絶縁基体
１０２・・・電極パッド
１０３・・・メタライズ層
１０４・・・導電パッド
１０８・・・上面
１０９・・・凹部
２０１・・・圧電素子収納用パッケージ
２０２・・・圧電素子
２０３・・・半導体素子
２０４・・・電極
２０５・・・ボンディングワイヤ
２０６・・・封止材
２０７・・・金−シリコン合金

Claims

上面に圧電素子が収容される凹部を有する絶縁基体と、前記凹部に形成され、前記圧電素子の電極が電気的に接続される電極パッドと、前記絶縁基体の前記上面の前記凹部の周囲に形成され、半導体素子の下面の外周部が接合されるメタライズ層と、前記絶縁基体の前記上面の前記メタライズ層の外側に形成され、前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電パッドと、前記絶縁基体に形成され、前記電極パッドと前記導電パッドとを電気的に接続する第１の配線導体と、前記絶縁基体の下面に形成された外部接続端子と、前記絶縁基体に形成され、前記導電パッドと前記外部接続端子とを電気的に接続する第２の配線導体とを備えていることを特徴とする圧電素子収納用パッケージ。
前記メタライズ層は、接地電圧が供給されることを特徴とする請求項１記載の圧電素子収納用パッケージ。
請求項１または請求項２に記載された圧電素子収納用パッケージと、前記凹部に収容され、前記電極パッドに電気的に接続された圧電素子と、前記絶縁基体の前記上面に前記凹部を覆うように搭載され、電極が前記導電パッドに電気的に接続された半導体素子とを備えていることを特徴とする圧電装置。
前記メタライズ層は金めっき層で被覆され、前記半導体素子は金−シリコン合金を介して前記金めっき層で被覆された前記メタライズ層と接合されていることを特徴とする請求項３記載の圧電装置。
上面に圧電素子が収容される凹部を有する絶縁基体と、前記凹部に形成され、前記圧電素子の電極が電気的に接続される電極パッドと、前記絶縁基体の前記上面の前記凹部の周囲に形成され、半導体素子の下面の電極が電気的に接続される導電パッドと、前記電極パッドと前記導電パッドとを電気的に接続する第１の配線導体と、前記絶縁基体の下面に形成された外部接続端子と、前記導電パッドと前記外部接続端子とを電気的に接続する第２の配線導体とを備えていることを特徴とする圧電素子収納用パッケージ。
請求項５に記載された圧電素子収納用パッケージと、前記凹部に収容され、電極が前記電極パッドに電気的に接続された圧電素子と、下面に形成された電極が前記導電パッドに電気的に接続され、前記絶縁基体の前記上面に前記凹部を覆うように搭載された半導体素子と、該半導体素子と前記絶縁基体との間に設けられ、前記凹部を気密封止する封止材とを備えていることを特徴とする圧電装置。