JP2007067773A - 発振器及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 プリント配線基板などに容易に実装可能であり、さらには一層の小型化が図られた発振器と、この発振器を備えた電子機器とを提供する。
【解決手段】 上蓋５と下蓋６との間に水晶振動子２が挟持され、封止されてなるパッケージ３と、水晶振動子２を駆動するための半導体装置４とを備えてなる発振器１である。上蓋５が透光性の基材によって形成されている。半導体装置４はその能動面４ａ側を外側にして下蓋６の外側に実装され、能動面４ａ側に外部接続端子１１が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水晶振動子を備えた発振器と、この発振器を備えた電子機器に関する。

従来、水晶振動子として、例えば枠付振動子片の上下面にハンダによって蓋とケースとを接合した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような水晶振動子にあっては、蓋とケースとの接合にハンダ等の低融合金や低融点ガラスを使用していたため、蓋とケースとの接合時や周波数調整時の加熱によってアウトガスが発生する。すると、このアウトガスの発生によって水晶振動子片に金属や有機物が付着し、クリスタルインピーダンスが増加したり、振動子の周波数特性が低下してしまうといった問題があった。

そこで、水晶振動子と一体に形成された外枠の上面と下面に金属層を設け、金属層と蓋とケースを陽極接合することにより、前記の問題を解消した技術が提供されている（例えば、特許文献２参照）。すなわち、このように金属層と蓋とケースを陽極接合することにより、水晶振動子片へのアウトガスの付着を無くし、クリスタルインピーダンスの増加などを防止することができる。
特開昭５６−１１９５１８号公報 特許第３３９０３４８号公報

ところで、このような蓋とケースとの間に保持されてパッケージ化された水晶振動子は、通常、半導体装置によってその駆動が制御され、発振器として機能させられる。したがって、特に携帯電話など小型化が要求される電子機器に用いられる場合、前記のパッケージに半導体装置を一体化して発振器とし、その小型化を図ることが考えられる。

しかしながら、前記パッケージに半導体装置を一体化して発振器を構成しようとした場合、この発振器をプリント配線基板などに容易に実装させる構造を持たせる必要があり、したがってそのような構造の提供が望まれている。
また、前述したようにこの発振器を携帯電話などに用いようとした場合、さらなる小型化が要望されている。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、プリント配線基板などに容易に実装可能であり、さらには一層の小型化が図られた発振器と、この発振器を備えた電子機器とを提供することにある。

本発明の発振器は、上蓋と下蓋との間に水晶振動子が挟持され、封止されてなるパッケージと、前記水晶振動子を駆動するための半導体装置とを備えてなり、前記上蓋が透光性の基材によって形成され、前記半導体装置はその能動面側を外側にして前記下蓋の外側に実装され、該能動面側に外部接続端子が設けられていることを特徴としている。
この発振器によれば、半導体装置が、その能動面側を外側にして前記下蓋の外側に実装され、該能動面側に外部接続端子が設けられているので、この外部接続端子によってプリント配線基板などに容易に実装可能な構造となる。
また、上蓋が透光性の基材によって形成されているので、この上蓋を通してパッケージ内の水晶振動子にレーザ照射を行うことにより、水晶振動子の周波数調整を行うことが可能になる。

また、前記の発振器においては、前記半導体装置に、その能動面側から反対側の面にまで貫通してなる貫通電極が形成され、該貫通電極によって前記半導体装置が前記水晶振動子と電気的に接続されていてもよい。
このようにすれば、半導体装置と水晶振動子との電気的接続を、半導体装置とパッケージとの接合面で行うことができ、したがって電気的接続そのものが容易になるとともに、この接続に要する容積を最小限に抑え、発振器の小型化を図ることが可能になる。

また、前記の発振器においては、前記下蓋上に、該下蓋外面と前記半導体装置との間の段差を埋めて平坦化する平坦化樹脂が設けられているのが好ましい。
このようにすれば、平坦化樹脂によって半導体装置の能動面側、すなわち外部接続端子側が平坦化されているので、プリント配線基板などへの実装がより容易になる。

また、前記の発振器においては、前記した蓋の外側に凹部が形成され、該凹部内に前記半導体装置が埋設されているのが好ましい。
また、その場合に、前記凹部の深さが、前記半導体装置の厚さとほぼ同一に形成されているのが好ましい。
このようにすれば、パッケージの外側に半導体装置がその厚さ分突出することで、発振器全体の厚さが厚くなってしまうのを抑え、全体の厚さを薄くしてその小型化を図ることができる。
特に、凹部の深さを半導体装置の厚さとほぼ同一に形成することにより、発振器全体の厚さをほぼパッケージの厚さに一致させることができ、発振器全体の一層の小型化を図ることができる。

本発明の電子機器は、前記の発振器を備えたことを特徴としている。
この電子機器によれば、発振器がプリント配線基板などに容易に実装可能な構造となっているので、この発振器を備えた電子機器自体の組立性を容易にし、さらにはその小型化を図ることもできる。

以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の発振器の第１実施形態を示す図であり、図１中符号１は発振器である。この発振器１は、水晶振動子２を封止してなるパッケージ３と、前記水晶振動子２を駆動するための半導体装置４とを備えて構成されたものである。

パッケージ３は、上蓋５と下蓋６との間に水晶振動子２を挟持し、その状態で該水晶振動子２を封止した略直方体状のものである。上蓋５は、ガラスや水晶などの透光性の基材によって形成されたもので、本実施形態ではガラス製のものとなっている。下蓋６は、上蓋５と同様にガラスや水晶などの透光性の基材によって形成されていてもよく、さらには、シリコンなどの非透光性の基材によって形成されていてもよい。本実施形態では、上蓋５と同様にガラス製のものとなっている。

これら上蓋５と下蓋６とは、水晶振動子２を挟持した状態で陽極接合によって接合され、あるいは金−スズの合金接合によって接合され、あるいはプラズマを照射して共有結合により接合されるなど、気密封止されている。
水晶振動子２としては、例えば音叉型水晶振動子が用いられている。この音叉型の水晶振動子２は、基部（図示せず）から第１及び第２の腕部（図示せず）が同一方向に並列して延びる音叉型の平面形状を有した薄板状の水晶片からなるものである。基部には、＋極と−極との少なくとも２本の内部端子（図示せず）が形成されている。そして、これら内部端子にはそれぞれに導通する導電部７が、水晶振動子２の一方の面側、本実施形態では下蓋６側に形成されている。

下蓋６には、その外面側の四隅に欠落部８が形成されている。これら欠落部８は、ブラスト処理や、例えば開口パターンを有したマスクを２枚用いてドライエッチングを行うなどの手法により、下蓋６の外面側から内面側にまで貫通した状態に削り取られて形成されたものである。このような構成によって欠落部８内には、前記水晶振動子２の一方の面側が露出させられており、この露出面には、アルミニウムや金・クロム合金などからなる前記の導電部７が形成されている。そして、この導電部７には、配線９が接続されている。

配線９は、導電部７上から、前記欠落部８の斜面（側面）を通って下蓋６の外面にまで引き回され、この下蓋６の外面上にて、半導体装置４の貫通電極１０に接続させられたものである。なお、このような配線９の形成には、開口パターンを形成したマスクを用いてスパッタ法などで導電材料をパターニングし、さらにメッキ法で必要な厚みにまで成長させるといった手法が好適に採用される。具体的には、導電部７側にスパッタ法でＣｒをパターニングし、さらにその上に下地材としてＡｌ−Ｃｕ合金を堆積させ、その後、無電界メッキ法でＮｉ−Ａｕ合金を析出させるといった方法や、スパッタ法でＣｒをパターニングし、その上にＡｌを堆積させた後、電界メッキ法でＮｉ−Ａｕ合金を析出させるといった方法が好適に採用される。また、スパッタ法などでの成膜後、これをフォトリソグラフィー技術等によってパターニングするといった手法も採用可能である。

半導体装置４は、下蓋６の外面に貼設された平面視矩形状のもので、その能動面４ａ側を外面側にして実装されたものである。すなわち、この半導体装置４は、シリコン基板２０の能動面４ａ側に、トランジスタやメモリ素子などの半導体素子からなる集積回路（図示せず）を形成したもので、前記能動面４ａを外面側に向け、この外面側に外部接続端子１１を形成したものである。

また、この半導体装置４には、前記したように貫通電極１０が形成されている。この貫通電極１０は、シリコン基板２０の能動面４ａ側にて集積回路に電気的に接続し、さらにこの能動面４ａ側からその裏面側にまで貫通して形成されたものである。このような構成のもとに、貫通電極１０はシリコン基板２０の裏面側にて、すなわち下蓋６の外面上にて、前記配線９とはんだや金−金接合などによって接続されたものとなっている。

ここで、貫通電極１０の具体的構成を、その製造方法をもとに図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、例えば厚さ４００μｍ程度のシリコン基板２０を用意する。そして、このシリコン基板２０の表面全体に、熱酸化等によって酸化シリコンからなる絶縁層２１を形成する。次に、絶縁層２１上に塗布したレジストを露光、現像処理により所定形状にパターニングし、このレジストをマスクとして、エッチング処理によりシリコン基板２０に複数の平面視円形状の溝部２２を形成する。

次いで、シリコン基板２０に形成した溝部２２の内壁面を覆う絶縁層２１を熱酸化法等により形成し、その後、溝部２２の内部（内壁面）を含むシリコン基板２０の能動面にスパッタ法や真空蒸着法等によって下地層２３を形成する。
次いで、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板２０の能動面４ａ上にメッキレジストを塗布し、さらにこのメッキレジストを溝部２２の周辺のシリコン基板２０が露出した開口部２４ａ（溝部２２の開口径より一回り大きい）を有するようにパターニングし、メッキレジストパターン２４を形成する。

続いて、前記メッキレジストパターン２４をマスクにしてＣｕ電解メッキ処理し、開口部２４ａを含む溝部２２の内部にＣｕを析出させる。これにより、溝部２２の内部にＣｕが充填され、溝部２２を含む開口部２４ａに金属端子２５が形成される。次いで、メッキレジストパターン２４をそのままマスクにして、金属端子２５上に無鉛はんだ等のろう材からなる接合材２６を形成する。

次いで、メッキレジストパターン２４をアッシングによりシリコン基板２０から除去する。その後、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板２０をその裏面４ｂ側（図示下面側）からバックグラインドし、シリコン基板２０の裏面４ｂに金属端子２５を露出させる。これにより、金属端子２５と接合材２６とからなる複数の貫通電極１０を、シリコン基板２０に形成することができる。

このようにして貫通電極１０を形成したシリコン基板２０からなる半導体装置４により、その貫通電極１０を介して前記水晶振動子２の駆動を制御することができる。
また、この半導体装置４の能動面４ａ側には、集積回路に導通する複数の電極（図示せず）が貫通電極１０とは別に設けられており、これら電極には、図３に示すように前記の外部接続端子１１が接続されている。外部接続端子１１は、はんだボールやはんだメッキや、金バンプ、スタッドバンプなどによって形成されたものである。なお、本実施形態において外部接続端子１１は、はんだボールによって半導体装置４の能動面４ａ側の四隅に形成されている。

また、前記下蓋６上には、該下蓋６の外面と前記半導体装置４の能動面４ａとの間の段差を埋める平坦化樹脂１２が、トランスファーモールドなどによって形成されている。この平坦化樹脂１２は、エポキシ樹脂等からなるもので、下蓋６の半導体装置４に覆われることなく露出した外面と、半導体装置４の側面とを覆って設けられ、かつ前記欠落部８を充填した状態で設けられ、硬化せしめられたものである。このような平坦化樹脂１２によって下蓋６と半導体装置４とは、外部接続端子１１を形成した面、すなわち半導体装置４側が、段差を形成することなく平坦化したものとなっている。すなわち、半導体装置４の外面側（能動面４ａ側）に突出した外部接続端子１１を除いて、発振器１は凹凸のない直方体状に形成されたものとなっているのである。

したがって、このような構成からなる発振器１は、図１中二点鎖線で示す外部機器としてのプリント配線基板Ｐに、その外部接続端子１１を用いて接続することで、該プリント配線基板Ｐ（外部機器）に容易に実装することができる。すなわち、外部接続端子１１を形成した側が、段差を形成することなく平坦化したものとなっているので、プリント配線基板Ｐ（外部機器）上に安定した状態で載せることができ、これにより容易に実装を行うことができる。よって、実装を容易にしたことでこの発振器１を備える外部機器の組立性も良好にしてその生産性を高めることができ、さらには、水晶振動子２を有するパッケージ３と水晶振動子２を駆動する半導体装置４とを一体化して発振器１自体を小型化しているので、この発振器１を備える外部機器の小型化を可能にすることができる。

また、上蓋５が透光性の基材であるガラスによって形成されているので、この上蓋５を通してパッケージ３内の水晶振動子２にレーザ照射を行うことにより、水晶振動子２の周波数調整を容易に行うことができる。
さらに、半導体装置４に形成した貫通電極１０によって該半導体装置４と水晶振動子２とを電気的に接続しているので、これら半導体装置４と水晶振動子２との電気的接続を半導体装置４とパッケージ３との接合面で行うことができ、したがって、電気的接続そのものを容易にすることができるとともに、この接続に要する容積を最小限に抑え、発振器１の小型化を図ることができる。
また、特にパッケージ３の形成については、多数個取りの大型基板（大型ガラス基板）を用いて多数個分を一括して形成し、欠落部８、配線９までを形成した後、ダイシングにより個片化することで、生産性を高めることができる。

次に、図４を参照して本発明の発振器の第２実施形態を説明する。図４中符号３０は発振器であり、この発振器３０が図１に示した発振器１と主に異なるところは、パッケージ３１を構成する下蓋３２に凹部３３を形成し、この凹部３３内に半導体装置３４を埋設した点にある。

パッケージ３１は、前記発振器１における上蓋５と同じに構成されたガラス製の上蓋３５と、同じくガラス製の下蓋３２との間に水晶振動子２を挟持し、その状態で該水晶振動子２を封止した略直方体状のものである。なお、水晶振動子２の構成や、上蓋３５と下蓋３２との間の接合は発振器１と同様とする。

下蓋３２の前記凹部３３は、下蓋３２の外面側に形成されたもので、その開口が半導体装置３４より一回り大きく形成され、その深さが半導体装置３４の厚さ、すなわち外部接続端子３６を除いたシリコン基板の厚さに、ほぼ等しくなるように形成されたものである。なお、この凹部３３の形成については、ブラスト処理やドライエッチングなどによって形成することができ、その際、前記欠落部８の形成工程と一部を共通化して行うことができる。

そして、半導体装置３４は、その能動面３４ａを外側に向けてこの凹部３３内に収容され、接着剤によってその裏面が凹部３３の底面に固着された後、樹脂等によって側面と凹部３３の内面との間の隙間が埋め込まれたことにより、凹部３３内に埋設されたものとなっている。このような構成のもとに半導体装置３４は、その能動面３４ａが、下蓋３２の外面３２ａとの間で段差を形成することなく、ほぼ面一に設けられたものとなっている。

また、この半導体装置３４は、前記発振器１における半導体装置４とは異なり、貫通電極１０が形成されていない構造となっている。したがって、その能動面３４ａと反対側の面（裏面）では水晶振動子２との間での電気的接続が行えず、能動面３４ａ側にて電気的接続を行うようになっている。すなわち、半導体装置３４には、その能動面３４ａ側にて集積回路に電気的に接続する電極３７が形成されており、この電極３７が、配線３８によって水晶振動子２に電気的に接続したものとなっている。配線３８は、前記発振器１における配線９と同様にして形成されたもので、水晶振動子２に接続する導電部７上から、前記欠落部８の斜面（側面）を通って下蓋３２の外面にまで引き回され、さらに凹部３３内の半導体装置３４の前記電極３７上にまで延びてこれに接続したものである。

また、この半導体装置３４の能動面３４ａ側には、集積回路に導通する複数の電極（図示せず）が前記電極３７とは別に設けられており、これら電極には、図５に示すように前記の外部接続端子３６が接続されている。外部接続端子３６は、前記発振器１と同様に、はんだボールやはんだメッキや、金バンプ、スタッドバンプなどによって形成されたものであり、本実施形態でははんだボールによって形成されている。

このような構成の発振器３０にあっても、図４中二点鎖線で示すプリント配線基板Ｐ（外部機器）に、その外部接続端子３６によって容易に実装される。すなわち、外部接続端子３６を形成した側が、下蓋６と半導体装置３４の能動面３４ａとの間で段差がなく平坦になっているので、プリント配線基板Ｐ（外部機器）上に安定した状態で載せることができ、これにより容易に実装を行うことができる。よって、実装を容易にしたことでこの発振器１を備える外部機器の組立性も良好にしてその生産性を高めることができる。
また、特に凹部３３の深さを半導体装置３４の厚さとほぼ同一に形成しているので、発振器３０全体の厚さをほぼパッケージ３１の厚さに一致させることができ、これにより発振器３０全体の一層の小型化を図ることができる。
また、パッケージ３１の形成については、先の実施形態と同様に、多数個取りの大型基板（大型ガラス基板）を用いて多数個分を一括して形成し、欠落部８、凹部３３、配線３８までを形成した後、ダイシングにより個片化することで、生産性を高めることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更が可能である。例えば、上蓋５や上蓋３５に、図４に示した凹部３３と同様の凹部（図示せず）を形成し、この凹部内に、チップ抵抗などの他の素子を搭載させるようにしてもよい。このように高集積化することで、この発振器１（３０）を備える構造の小型化を図ることができる。ただし、このように他の素子を搭載させる場合には、水晶発振子２の周波数調整を行うための領域を避けて、上蓋５（３５）に前記の凹部を形成する必要がある。

また、本発明の電子機器は、前記の発振器１（３０）が例えば前記プリント配線基板Ｐ等により実装された状態で備えられることにより、構成される。具体的には、前記発振器１（３０）を備えた電子機器の一例として、図６に示すような携帯電話３００を挙げることができる。
この電子機器（携帯電話３００）にあっても、発振器１（３０）がプリント配線基板Ｐなどに容易に実装可能な構造となっているので、この発振器１（３０）を備えた電子機器自体の組立性を容易にし、さらにはその小型化を図ることもできる。

また、本発明が適用される電子機器としては、テレビ等のリモコンやデジタルカメラなど、各種のものを挙げることができる。

本発明の発振器の第１実施形態を示す側断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は貫通電極の製造方法を説明するための側断面図である。 図１に示した発振器の底面図である。 本発明の発振器の第２実施形態を示す側断面図である。 図４に示した発振器の底面図である。 本発明の電子機器の一例としての、携帯電話を示す図である。

符号の説明

１、３０…発振器、２…水晶振動子、３、３１…パッケージ、４、３４…半導体装置、４ａ、３４ａ…能動面、５、３５…上蓋、６、３２…下蓋、１０…貫通電極、１１、３６…外部接続端子、３３…凹部、３００…携帯電話（電子機器）

Claims (6)

1. 上蓋と下蓋との間に水晶振動子が挟持され、封止されてなるパッケージと、
   前記水晶振動子を駆動するための半導体装置とを備えてなり、
   前記上蓋が透光性の基材によって形成され、
   前記半導体装置はその能動面側を外側にして前記下蓋の外側に実装され、該能動面側に外部接続端子が設けられていることを特徴とする発振器。
2. 前記半導体装置にはその能動面側から反対側の面にまで貫通してなる貫通電極が形成され、該貫通電極によって前記半導体装置が前記水晶振動子と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の発振器。
3. 前記下蓋上に、該下蓋外面と前記半導体装置との間の段差を埋めて平坦化する平坦化樹脂が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の発振器。
4. 前記下蓋の外側に凹部が形成され、該凹部内に前記半導体装置が埋設されていることを特徴とする請求項１記載の発振器。
5. 前記凹部の深さが、前記半導体装置の厚さとほぼ同一に形成されていることを特徴とする請求項４記載の発振器。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の発振器を備えたことを特徴とする電子機器。
   
   
   

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