JP2008003011A - Piezo-electric device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワイヤボンディングされた圧電振動片を接着剤で被接合体に接合するようにした圧電デバイスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric device in which a wire-bonded piezoelectric vibrating piece is bonded to an object to be bonded with an adhesive.
HDD(ハード・ディスク・ドライブ)、モバイルコンピュータ、或いはICカード等の小型の情報機器や、携帯電話、ページングシステム等の移動体通信機器、又は加速度センサや角速度センサ等のセンサにおいて、圧電デバイスが広く使用されている。
図10は、従来の圧電デバイスの一例であるジャイロ装置1の概略断面図を示している(特許文献1参照)。
Piezoelectric devices are widely used in small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers or IC cards, mobile communication devices such as mobile phones and paging systems, or sensors such as acceleration sensors and angular velocity sensors. in use.
FIG. 10 shows a schematic cross-sectional view of a
図において、ジャイロ装置1は、パッケージ2内に、基板3と半導体チップ4と圧電振動片4とが縦方向に重ねられて配置されている。
すなわち、図示しない配線パターンが形成された基板3の上に、半導体チップ4がフェイスダウン実装され、さらに、この半導体チップ4の上の支持台7に、接着剤6を用いて圧電振動片5が接合されている。
In the figure, the
That is, the
また、圧電振動片5と基板3とは、超音波方式あるいは熱圧着方式でワイヤボンディングを行なって、電気的に接続されている。例えば、圧電振動片5の上面に、キャピラリより導出されたボンディング線8の一端を押し付けて超音波を印加することで、圧電振動片5とボンディング線8とを接続し、また、同様にしてボンディング線8の他端を基板3にも接続するようにしている。
The
ここで、半導体チップ4上の支持台7に圧電振動片5を接合するための接着剤6には、柔軟性のある接着剤、例えばシリコーン系の接着剤がよく用いられている。すなわち、柔軟性のある接着剤6を用いることで、例えば、外部から衝撃を受けて圧電振動片5に余分な振動が生じ、その振動成分がパッケージ2を伝わって外部に漏れようとしても、その振動成分を柔軟性のある接着剤が吸収して振動漏れを防止し、良好な振動モードを得ることができるようになっている。
Here, as the
ところが、このような構成のジャイロ装置1では、柔軟性のある接着剤6を用いているため、ワイヤボンディングの際、圧電振動片5の上面にボンディング線8を上手く接合できない場合がある。すなわち、上述のように、ワイヤボンディングのために超音波印加や熱圧着をすると、超音波振動や押圧力が柔軟性のある接着剤6に吸収されてしまい、例えば超音波が上手く伝わらずに、接合強度不足という問題が生ずる恐れがある。
また、ワイヤボンディングの際、圧電振動片5を支持台7側に押圧すると、接着剤6が水平方向に拡がってしまい、圧電振動片5に対する接着剤6の付着面積が区々となって、Q値がバラついてしまうという問題もある。
However, since the
Further, when the piezoelectric vibrating
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、振動漏れを有効に防止しつつ、圧電振動片に対するワイヤボンディングの接合強度を向上させ、かつ、優れた振動特性を有する圧電デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. A piezoelectric device having excellent vibration characteristics and improved bonding strength of wire bonding to a piezoelectric vibrating piece while effectively preventing vibration leakage, and It aims at providing the manufacturing method.
上記の目的は、第1の発明にあっては、ワイヤボンディングされた圧電振動片と、この圧電振動片が接着剤を用いて接合された被接合体とを備えた圧電デバイスであって、前記圧電振動片の接合面と前記被接合体の接合面との間には、前記圧電振動片のワイヤボンディングされた位置に対応して、少なくとも前記接着剤よりも硬い硬質部材が介在しており、前記硬質部材は、前記圧電振動片または前記被接合体のいずれか一方あるいは双方と接合されていない圧電デバイスにより達成される。 In the first invention, the above object is a piezoelectric device comprising a piezoelectric vibrating piece bonded by wire bonding and an object to be joined to which the piezoelectric vibrating piece is bonded using an adhesive. Between the bonding surface of the piezoelectric vibrating piece and the bonding surface of the object to be joined, a hard member harder than at least the adhesive is interposed, corresponding to the position of the piezoelectric vibrating piece that is wire-bonded, The hard member is achieved by a piezoelectric device that is not joined to either or both of the piezoelectric vibrating piece and the joined body.
第1の発明の構成によれば、圧電振動片と被接合体とは接着剤で接合されているため、接着剤の柔軟性によって振動成分を吸収して振動漏れを防止できるが、圧電振動片にワイヤボンディングする際の例えば超音波が接着剤に吸収されてしまう恐れがある。
しかし、本発明の圧電振動片の接合面と被接合体の接合面との間には、圧電振動片のワイヤボンディングされた位置に対応して、少なくとも接着剤よりも硬い硬質部材が介在している。このため、例えば、ワイヤボンディングする際に印加される超音波は、この硬質部材を台にして効率よく伝達される。
また、ワイヤボンディングする際に圧電振動片を被接合体側に加圧しても、硬質部材がこの加圧に耐え、圧電振動片に対する接着剤の付着面積を制御することができる。
そして、このような硬質部材を圧電振動片の接合面と被接合体の接合面との間に介在させたとしても、硬質部材は圧電振動片または被接合体のいずれか一方あるいは双方と接合されていない。このため、柔軟性のある接着剤の振動漏れを防止するという機能を阻害してしまうことを有効に防止できる。
したがって、振動漏れを有効に防止しつつ、圧電振動片に対するワイヤボンディングの接合強度を向上させ、かつ、優れた振動特性を有する圧電デバイスを提供することができる。
According to the configuration of the first invention, since the piezoelectric vibrating piece and the object to be joined are bonded by the adhesive, the vibration component can be absorbed by the flexibility of the adhesive to prevent vibration leakage. For example, ultrasonic waves when wire bonding is performed may be absorbed by the adhesive.
However, a hard member harder than the adhesive is interposed between the bonding surface of the piezoelectric vibrating piece of the present invention and the bonding surface of the object to be bonded, corresponding to the wire-bonded position of the piezoelectric vibrating piece. Yes. For this reason, for example, the ultrasonic wave applied at the time of wire bonding is efficiently transmitted using this hard member as a base.
Further, even when the piezoelectric vibrating piece is pressed to the bonded body side during wire bonding, the hard member can withstand the pressing, and the adhesion area of the adhesive to the piezoelectric vibrating piece can be controlled.
Even if such a hard member is interposed between the joining surface of the piezoelectric vibrating piece and the joining surface of the joined body, the hard member is joined to either or both of the piezoelectric vibrating piece and the joined body. Not. For this reason, it can prevent effectively inhibiting the function of preventing the vibration leak of a flexible adhesive agent.
Therefore, it is possible to provide a piezoelectric device having improved vibration characteristics while effectively preventing vibration leakage and improving the bonding strength of wire bonding to the piezoelectric vibrating piece.
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記硬質部材は、前記圧電振動片あるいは前記被接合体のいずれか一方のみと接合されたバンプであることを特徴とする。
第2の発明の構成によれば、硬質部材は、圧電振動片あるいは被接合体のいずれか一方のみと接合されたバンプである。このため、例えば圧電振動片の接合面にバンプを形成して、これを接着剤が塗布された被接合体に載置すれば、容易に、圧電振動片の接合面と被接合体の接合面との間にバンプを介在させつつ、圧電振動片と被接合体とを接着剤で接合できる。
According to a second invention, in the configuration of the first invention, the hard member is a bump bonded to only one of the piezoelectric vibrating piece and the bonded body.
According to the configuration of the second invention, the hard member is a bump bonded to only one of the piezoelectric vibrating piece and the joined body. For this reason, for example, if a bump is formed on the bonding surface of the piezoelectric vibrating piece and placed on the bonded body to which the adhesive is applied, the bonding surface of the piezoelectric vibrating piece and the bonding surface of the bonded body can be easily obtained. The piezoelectric vibrating piece and the object to be joined can be joined with an adhesive while a bump is interposed therebetween.
第3の発明は、第1または第2の発明の構成において、前記被接合体は、半導体チップであり、前記圧電振動片は、前記半導体チップの端子が設けられた領域以外の領域に接合されていることを特徴とする。
第3の発明の構成によれば、圧電振動片は、被接合体である半導体チップの端子が設けられた領域以外の領域に接合されている。したがって、例えばワイヤボンディングされる際に、バンプなどの硬質部材が半導体チップ側に押圧されても、硬質部材が半導体チップの端子を傷つけることを防止できる。
According to a third invention, in the configuration of the first or second invention, the member to be joined is a semiconductor chip, and the piezoelectric vibrating piece is joined to a region other than a region in which the terminal of the semiconductor chip is provided. It is characterized by.
According to the configuration of the third aspect of the invention, the piezoelectric vibrating piece is bonded to a region other than the region where the terminal of the semiconductor chip that is the bonded body is provided. Therefore, for example, even when a hard member such as a bump is pressed to the semiconductor chip side during wire bonding, the hard member can be prevented from damaging the terminal of the semiconductor chip.
第4の発明は、第1ないし第3の発明のいずれかの構成において、前記被接合体は、半導体チップであり、前記圧電振動片は、前記半導体チップの端子を有する面に接合されると共に、前記端子と直接ワイヤボンディングされていることを特徴とする。
第4の発明の構成によれば、圧電振動片は、被接合体である半導体チップの端子を有する面に接合されると共に、端子と直接ワイヤボンディングされている。したがって、圧電振動片と半導体チップとの電気的な接続は、パッケージを引き回すような導電部を設けなくてもよく、また、一本のボンディング線も短くて済むようになるため、電気信号の低ノイズ化が可能となる。
In a fourth aspect based on any one of the first to third aspects, the bonded body is a semiconductor chip, and the piezoelectric vibrating piece is bonded to a surface of the semiconductor chip having a terminal. The terminal is directly wire-bonded.
According to the configuration of the fourth aspect of the invention, the piezoelectric vibrating piece is bonded to the surface having the terminal of the semiconductor chip, which is the bonded body, and is directly wire bonded to the terminal. Therefore, the electrical connection between the piezoelectric vibrating piece and the semiconductor chip does not require a conductive part for routing the package, and a single bonding line can be shortened. Noise can be achieved.
第5の発明は、第1または第2の発明の構成において、前記被接合体は、前記圧電振動片がワイヤボンディングで電気的に接続された配線基板であり、前記配線基板は、前記圧電振動片が接合された面と反対側の面に、半導体チップが電気的機械的に接続されていることを特徴とする。
第5の発明の構成によれば、被接合体は圧電振動片がワイヤボンディングで電気的に接続された配線基板であるが、被接合体は圧電振動片が接合されているので、配線基板と圧電振動片とは電気的機械的に接続される。そして、配線基板は、圧電振動片が接合された面と反対側の面に、半導体チップが電気的機械的に接続されている。したがって、配線基板を間に挟んで圧電振動片と半導体チップとを電気的機械的に接続してモジュール化し、その後、このモジュール化したものをパッケージに接続すれば、製造が容易となる。特に、配線基板を複数の圧電振動片および複数の半導体チップを接続できる寸法にすれば、配線基板に複数の圧電振動片および複数の半導体チップを接続してから個片化して、複数のモジュール化されたものを一度に生産でき、大量生産が容易となる。
また、圧電振動片と半導体チップとの間には配線基板が介在するため、硬質部材が半導体チップの端子を傷つけることもない。また、ワイヤボンディングは圧電振動片と基板との間で行なわれるため、圧電振動片と接続されたボンディング線の一端をパッケージに接続する必要がなくなり、その分、パッケージの小型化を図れる。
According to a fifth aspect of the invention, in the configuration of the first or second aspect of the invention, the object to be joined is a wiring board in which the piezoelectric vibrating pieces are electrically connected by wire bonding, and the wiring board has the piezoelectric vibration. The semiconductor chip is electrically and mechanically connected to the surface opposite to the surface where the pieces are joined.
According to the configuration of the fifth invention, the object to be bonded is a wiring board in which the piezoelectric vibrating reeds are electrically connected by wire bonding. However, since the object to be bonded is bonded to the piezoelectric vibrating reed, The piezoelectric vibrating piece is electrically and mechanically connected. In the wiring board, a semiconductor chip is electrically and mechanically connected to a surface opposite to the surface to which the piezoelectric vibrating piece is bonded. Therefore, if the piezoelectric vibrating piece and the semiconductor chip are electrically and mechanically connected to each other with a wiring board interposed therebetween to form a module, and then this modularized product is connected to a package, the manufacturing is facilitated. In particular, if the wiring board is dimensioned so that a plurality of piezoelectric vibrating pieces and a plurality of semiconductor chips can be connected, a plurality of piezoelectric vibrating pieces and a plurality of semiconductor chips are connected to the wiring board and then separated into a plurality of modules. Can be produced at once, making mass production easier.
Further, since the wiring board is interposed between the piezoelectric vibrating piece and the semiconductor chip, the hard member does not damage the terminal of the semiconductor chip. Further, since wire bonding is performed between the piezoelectric vibrating piece and the substrate, it is not necessary to connect one end of a bonding line connected to the piezoelectric vibrating piece to the package, and the size of the package can be reduced accordingly.
また、上記目的は、第6の発明によれば、圧電振動片を被接合体に接着剤を用いて接合してから、前記圧電振動片をワイヤボンディングする圧電デバイスの製造方法であって、前記圧電振動片の被接合体に対する接合面に、前記ワイヤボンディングする位置に対応してバンプを形成し、その後、前記バンプを形成した圧電振動片を、前記接着剤により前記被接合体に接合し、その後、前記圧電振動片に前記ワイヤボンディングする圧電デバイスの製造方法により達成される。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a piezoelectric device, comprising: bonding a piezoelectric vibrating piece to an object to be bonded using an adhesive; and wire bonding the piezoelectric vibrating piece. A bump is formed on the bonding surface of the piezoelectric vibrating piece with respect to the bonded body, corresponding to the wire bonding position, and then the piezoelectric vibrating piece on which the bump is formed is bonded to the bonded body with the adhesive, Thereafter, this is achieved by a method of manufacturing a piezoelectric device in which the wire bonding is performed on the piezoelectric vibrating piece.
第6の発明の構成によれば、圧電振動片を被接合体に接合する前に、圧電振動片の接合面に、ワイヤボンディングする位置に対応してバンプを形成する。したがって、第1の発明と同様に、ワイヤボンディングする際の例えば超音波はバンプを台にして効率よく伝達され、また、圧電振動片に対する接着剤の付着面積も制御できる。そして、バンプは、圧電振動片の接合面に形成するものであって、被接合体の接合面には接合していない。このため、第1の発明と同様に、接着剤の振動漏れ防止機能を阻害することを有効に防止できる。また、バンプは被接合体ではなく圧電振動片の方に形成しているので、ワイヤボンディングする位置に合わせ易い。
かくして、振動漏れを有効に防止しつつ、圧電振動片に対するワイヤボンディングの接合強度を向上させ、かつ、優れた振動特性を有する圧電デバイスの製造方法を提供することができる。
According to the structure of 6th invention, before joining a piezoelectric vibrating piece to a to-be-joined body, a bump is formed in the joining surface of a piezoelectric vibrating piece corresponding to the position to wire-bond. Therefore, as in the first invention, for example, ultrasonic waves during wire bonding are efficiently transmitted using the bumps as a base, and the adhesion area of the adhesive to the piezoelectric vibrating piece can also be controlled. The bump is formed on the bonding surface of the piezoelectric vibrating piece and is not bonded to the bonding surface of the object to be bonded. For this reason, it can prevent effectively inhibiting the vibration leak prevention function of an adhesive agent similarly to 1st invention. In addition, since the bump is formed on the piezoelectric vibrating piece rather than the object to be joined, it is easy to match with the position for wire bonding.
Thus, it is possible to provide a method of manufacturing a piezoelectric device having improved vibration characteristics while effectively preventing vibration leakage and improving the bonding strength of wire bonding to the piezoelectric vibrating piece.
図1ないし図3は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスであって、図1はその概略斜視図、図2は図1のA−A線概略切断断面図、図3は図1の圧電デバイスの部品である圧電振動片の基部の付近を拡大した概略平面図である。なお、図2及び図3の平行斜線で示す部分は理解のために示したものであり、断面を表すものではない。
図1において、圧電デバイス10はジャイロ装置を例示しており、X方向は水晶の電気軸、Y方向は水晶の機械軸、Z方向は水晶の光軸(成長軸)を示しており、ジャイロ装置に角速度ωが作用する様子を示している。
1 to 3 show a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a schematic perspective view thereof, FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. It is the schematic plan view which expanded the vicinity of the base part of the piezoelectric vibrating piece which is a component of a device. In addition, the part shown by the parallel oblique line of FIG.2 and FIG.3 is shown for understanding, and does not represent a cross section.
In FIG. 1, the
この圧電デバイス10は、パッケージ36内に圧電振動片32と、この圧電振動片32が接合される被接合体の例として半導体チップ45とが収容されている。なお、パッケージ36は、内部の圧電振動片32を示すため、図1では蓋体が省略されている。
パッケージ36は、図2に示すように、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Sを形成するようにされている。この内部空間Sが圧電振動片32等を収容するための収容空間である。
すなわち、この実施形態では、パッケージ36は、例えば、下から第1の基板61、第2の基板62、第3の基板63、およびシームリング64を重ねて形成されている。シームリング64は例えば、金属製の蓋体33を接合するためのコバールリングなどであり、シーム溶接などにより蓋体33をパッケージ36に対して接合するものである。
In the
As shown in FIG. 2, the
That is, in this embodiment, the
第2の基板62、第3の基板63は、それぞれ内側の材料を除去して枠状にしたものを順次重ねたものであり、下の基板よりも上の基板の方が内側の材料の除去量を増やすことにより、対応する内部空間が大きくなるようにしている。これにより、第2の基板62の内側の空間S1よりも第3の基板63の内側の空間S2の方が幅が大きく、これにともない、第2の基板62の上端には上向き段部22が形成されている。
The
この上向き段部22には、図3に示すように、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極パッド41,42が設けられている。
電極パッド42は、後述するボンディング線61を通じて圧電振動片32に駆動電圧を供給し、また、電極パッド41は、後述するボンディング線61を通じて送られてきた回転角速度に対応した信号を送出するようになっている。
As shown in FIG. 3, the
The
具体的には、電極パッド41,42は、パッケージ36内を引き回されて、図2に示すように、パッケージ36の内側底部23に形成された電極パッド(図示せず)と導通している。そして、この内側底部23の電極パッドには、少なくとも圧電振動片32を発振する回路を有する半導体チップ45がフリップチップ接続されている。また、半導体チップ45は、パッケージ36内を通る図示しない導電スルーホールなどにより底部の実装端子25と電気的に接続されている。
Specifically, the
なお、半導体チップ45は、図4に示すように、端子を有する面45aが上面(パッケージ開口部側)を向くようにパッケージ内側底部23にダイボンディングされ、図2に示すパッケージよりも基板の積層数を増やして第2の上向きの段部27を形成し、この第2の上向きの段部27に設けられた図示しない電極パッドと半導体チップ45とをワイヤボンディングで電気的に接続するようにしてもよい。
本実施形態の半導体チップ45は、図2に示すように、端子を有する面45aが、圧電振動片32側と反対側である内側底部23にフェイスダウン実装され、これにより、圧電振動片32は、半導体チップ45の端子(図示せず)が設けられた領域以外の領域に容易に接合されることになり、後述する硬質部材70が半導体チップ45の端子(図示せず)に接触して、端子が傷つくことを防止している。
As shown in FIG. 4, the
As shown in FIG. 2, in the
圧電振動片32は、本実施形態の場合、ジャイロ装置のセンサ本体であり、例えば、圧電振動片を複数もしくは多数分離することができる大きさの水晶ウエハを、フッ酸溶液をエッチング液として使用してウエットエッチングにより外形エッチングすることで、多数個の図1に示される形状の圧電振動片となるように形成されている。
In the case of this embodiment, the piezoelectric vibrating
すなわち、圧電振動片32のほぼ正方形の基部51が、被接合体である半導体チップ45に対して支持されており、基部51からは、図3に示すように、それぞれ左右の方向に基部51と一体に形成された棒状もしくは軸状の支持部52,52が延びている。さらに、図1に示すように、各支持部52,52の端部には、各支持部52,52の延びる方向と交差する方向に、各支持部52,52の端部を起点として、両方向に延出された励振用振動腕54,54が設けられている。つまり、基部51から各支持部52,52を介して、励振用振動腕54,54が互いに平行に延びており、各励振用振動腕54,54には励振用の電極(図示せず)が形成されている。
That is, the substantially
また、図3において基部51の上下の辺のほぼ中央部には、上記各支持部52,52の延びる方向と交差する方向に、2つの検出用振動腕55,55が形成されている。そして、図1に示すように、検出用振動腕55,55と、各支持部52,52の端部に設けられた各励振用振動腕54,54とは、互いに平行とされている。
この状態で圧電振動片10に所定の回転角速度などの物理量が作用した場合、励振用振動腕54,54は、それ自体の振動の方向と、回転角速度とのベクトル積の方向に働くコリオリの力を受けて、所定の振動が励起される。この振動は支持部52,52および基部51を介して検出用振動腕55,55の振動に基づく電荷を信号として取り出すことにより、回転角速度の検出を行うことができる。
In FIG. 3, two
When a physical quantity such as a predetermined rotational angular velocity acts on the piezoelectric vibrating
また、図3に示すように、ほぼ正方形の基部51には、それぞれ各検出用振動腕55,55の基端部に、検出用電極の電極パッド56,57,56,57が形成され、各支持部52,52の基端部に、励振用電極の電極パッド58,59,58,59が形成されている。
そして、基部51の電極パッド56,57,56,57には、ボンディング線61の一端61aが接合され、該ボンディング線61の他端61bが、図2で説明したパッケージ36の上向き段部22,22に形成された図3に示す各電極パッド41,41,41,41に接合されることで、ワイヤボンディングされている。
また、基部51の電極パッド58,59,58,59にはボンディング線61の一端61aが接合され、パッケージ36の上向き段部22,22の各電極パッド42,42,42,42には、該ボンディング線61の他端61bが接合されることによりワイヤボンディングされて、電気的接続がなされている。図2に示すように、このボンディング線61,61はパッケージ36の第3の基板63及びシームリング64の内側の空間S2内で延びている。
Also, as shown in FIG. 3,
One
One
なお、ボンディング線61としては、金(Au)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)など、もしくはこれらを主成分とする線材が好適に利用でき、例えば、基部51の上面に、キャピラリより導出されたボンディング線61の一端61aを押し付けて超音波を印加することで、圧電振動片32とボンディング線61とを接続し、また、同様にしてボンディング線61の他端61bをパッケージ36側に接続するようにしている。
As the
そして、このような圧電振動片32は、図2に示すように、接着剤44を用いて被接合体である半導体チップ45に接合されている。すなわち、圧電振動片32の基部51の図3に示す電極パッド56,57,58,59が設けられた上面と反対側の面に接着剤44が付着して、圧電振動片32は支持されている。
本実施形態の接着剤44は、エポキシ系等と比べて柔軟性のあるシリコーン系等の接着剤が用いられている。すなわち、比較的柔軟性のある接着剤は、圧電振動片32と半導体チップ45との間で伝達しようとする振動成分を吸収することができるため、所謂振動漏れを防止し、良好な振動モードを得ることができる。
Then, as shown in FIG. 2, such a piezoelectric vibrating
As the adhesive 44 of this embodiment, a silicone-based adhesive that is more flexible than an epoxy-based adhesive is used. That is, the relatively flexible adhesive can absorb a vibration component to be transmitted between the piezoelectric vibrating
ここで、圧電振動片32の接合面と被接合体である半導体チップ45の接合面との間には、圧電振動片32のワイヤボンディングされた位置に対応して、少なくとも接着剤44よりも硬い硬質部材70が介在している。
この硬質部材70は、本実施形態の場合、Au(金)、Al(アルミニウム)、Cu(銅)等からなる金属バンプにより形成されており、圧電振動片32の基部51に接合されるボンディング線61の一端61aの直下に配置され、これにより、ワイヤボンディングする際の超音波振動や押圧力に対抗できるようになっている。
Here, between the bonding surface of the piezoelectric vibrating
In the present embodiment, the
そして、硬質部材70は、圧電振動片32または半導体チップ45のいずれか一方あるいは双方と接合されないようになっている。すなわち、硬質部材70が圧電振動片32と半導体チップ45の双方に接合されると、この硬質部材70を介して、振動漏れが生じてしまう。このため、圧電振動片32と半導体チップ45とを接合するのは、あくまでも接着剤44であって、硬質部材70は、少なくとも、圧電振動片32または半導体チップ45のいずれか一方と接合されないようになっている。
The
なお、本実施形態の場合、硬質部材70は、後述する製造方法で説明するように、ボンディング線61の一端61aの直下に正確に配置できるように、圧電振動片32側にのみ接合されており、硬質部材70であるバンプを圧電振動片32に接合するために、圧電振動片32の基部51の接合面には、例えば、タングステンメタライズを下地にするAuやCrからなる金属パターン(図示せず)が形成されている。
また、硬質部材70は、複数のボンディング線61の一端61aに対応して複数設けられており、図2に示すように、各硬質部材70の高さ寸法H1のバラツキを低減するように、レベリングされている。
また、硬質部材70は、接合面の少なくとも3点に設けられることが好ましく、これにより、硬質部材70が支点となって圧電振動片32の水平度が阻害されるようなことを防止している。本実施形態の硬質部材70は、さらに、ほぼ正方形の基部51の周縁領域であって、一辺毎に設けられている。
In the case of the present embodiment, the
Further, a plurality of
Moreover, it is preferable that the
次に、本発明の実施形態に係る圧電デバイス10の製造方法について簡単に説明する。
図5ないし図7は、圧電デバイス10の製造方法を説明するための図であり、図5は圧電デバイス10の工程図、図6および図7は図5の工程に対応した製造過程の概念図である。
圧電デバイス10は、図5に示すように、上述したパッケージと半導体チップと圧電振動片とを、別々に用意して下準備をしておき(図5のST0:下準備工程)、これらを後で接続する本工程を行なう(図5のST1〜6)。
Next, a method for manufacturing the
5 to 7 are diagrams for explaining a method of manufacturing the
As shown in FIG. 5, the
ここで、下準備工程(図5のST0)の際、半導体チップについては、上述のようにフリップチップ接続を行なうため、図2に示すAuバンプ等のバンプ66を、ボンダーなどで半導体チップの端子(図示せず)上に形成し(図5のST0−1)、その後、バンプレベリングを行なう(図5のST0−2)。すなわち、バンプの高さはある程度のばらつきを有するため、所定の荷重でバンプを平面に押し付けてバンプの高さ寸法を制御する。
また、下準備工程(図5のST0)の際、圧電振動片についても、図2および図3で説明した基部51の接合面にAuバンプ等のバンプ70を形成する(図5のST0−10)。このバンプ70が硬質部材である。すなわち、バンプ70を圧電振動片32の接合面(基部51の裏面)に、ワイヤボンディングする位置(符号61aの位置)に対応して形成する。
Here, in the preparatory process (ST0 in FIG. 5), the semiconductor chip is flip-chip connected as described above, so that the
Also, during the preliminary preparation process (ST0 in FIG. 5), bumps 70 such as Au bumps are formed on the bonding surface of the base 51 described with reference to FIGS. 2 and 3 for the piezoelectric vibrating piece (ST0-10 in FIG. 5). ). The
なお、図2に示すバンプ70は、半導体チップ45にバンプ66を形成するためのボンダーを用いて形成するようにしてもよい。
本実施形態の場合は、複数のワイヤボンディングの位置に正確に対応し、小型のバンプが形成できるように、図6(a)に示すように、メッキバンプ方式を採用している。すなわち、図6(a)の左図は基部51の部分拡大図、図6(a)の右図は左図のB−B線切断端面であり、図6(a)の右図に示すように、基部51の接合面に金属パターン68を形成した上に、レジスト67でマスクをし、バンプを形成しようとする位置に対応して形成した貫通孔67a内に電気はんだメッキをし、ついでレジスト67を除く。
その後、完成したバンプの高さはばらつきを有するため、所定の荷重でバンプを平面に押し付けて、バンプ70の高さ寸法H1(図2参照)を制御する(図5のST0−20
:バンプレベリング)。
2 may be formed using a bonder for forming the
In the case of this embodiment, as shown in FIG. 6A, a plating bump system is adopted so as to accurately correspond to a plurality of wire bonding positions and to form small bumps. 6A is a partially enlarged view of the
Thereafter, since the height of the completed bump varies, the bump is pressed against a plane with a predetermined load to control the height dimension H1 (see FIG. 2) of the bump 70 (ST0-20 in FIG. 5).
: Bump leveling).
次いで、本工程に入り、図6(b)に示すように、半導体チップ45の端子を有する面45aに形成したバンプ66が、パッケージ36の内側底部23に予め形成された電極パッド(図示せず)に接続するようにして、半導体チップ45をフェイスダウン実装する(図5のST1)。
Next, this step is entered, and as shown in FIG. 6B, bumps 66 formed on the
次いで、図7(c)に示すように、フェイスダウン実装した半導体チップ45の実装面と反対側の面45bであって、圧電振動片の基部に対応する領域に、シリコーン系等の柔軟性を有する接着剤44を塗布する。
次いで、図7(d)に示すように、下準備工程(ST0−10)で既にバンプ70を形成した圧電振動片32を、接着剤44を塗布した半導体チップ45の接合面45bに載置し(図5のST3)、その後、接着剤44を乾燥させて、この接着剤44で圧電振動片32と半導体チップ45とを接合する(図5のST4)。
Next, as shown in FIG. 7 (c), the
Next, as shown in FIG. 7D, the piezoelectric vibrating
次いで、図7(e)に示すように、圧電振動片32にワイヤボンディングする(図5のST5)。すなわち、キャピラリより導出されたボンディング線61の一端61aを圧電振動片32に押し付けて超音波を印加して、圧電振動片32とボンディング線61とを接続し、また、同様にしてボンディング線61の他端61bをパッケージ36の上向きの段部22にも接続する。そうすると、ボンディング線61の先端61aの直下には、少なくとも接着剤44よりも硬い硬質部材としてバンプ70が配置されているので、このバンプ70が支持台になって、ワイヤボンディングの際の超音波や押圧力を受けることとなる。
Next, as shown in FIG. 7E, wire bonding is performed on the piezoelectric vibrating piece 32 (ST5 in FIG. 5). That is, one
次いで、半導体チップの調整用または検査用端子(図示せず)と導通した実装端子(図示せず)に、プローブピンを当接させて検査し、また、その検査結果に基づいて調整をし(図5のST6)、圧電デバイスを完成させる。 Next, a probe pin is brought into contact with a mounting terminal (not shown) that is electrically connected to a semiconductor chip adjustment or inspection terminal (not shown), and an adjustment is made based on the inspection result ( ST6) in FIG. 5 completes the piezoelectric device.
本発明の実施形態は以上のように構成されており、圧電振動片32の接合面と半導体チップ45の接合面との間には、圧電振動片32のワイヤボンディングされた位置に対応して、硬質部材70が介在しているため、ワイヤボンディングする際の例えば超音波は、この硬質部材70を台にして効率よく伝達される。また、ワイヤボンディングする際、圧電振動片32を半導体チップ45に加圧しても、硬質部材70がこの加圧に耐え、圧電振動片32に対して接着剤44が付着する面積を制御することができる。また、この硬質部材70は圧電振動片32の水平度を向上させることもできる(特に、ジャイロ装置の場合、圧電振動片32の水平度のブレは大きな検出結果の違いをもたらすため、この効果は大きい)。そして、このような硬質部材70を設けたとしても、硬質部材70は圧電振動片32または半導体チップ45のいずれか一方あるいは双方と接合されていないため、柔軟性のある接着剤44の振動漏れを防止するという機能を阻害することを有効に防止できる。
The embodiment of the present invention is configured as described above, and the gap between the bonding surface of the piezoelectric vibrating
また、本実施形態の製造方法では、圧電振動片32に硬質部材70であるバンプを形成し、その後、この圧電振動片32を接着剤44の上に載置している。このため、圧電振動片32を載置する際の位置精度を気にすることなく、ワイヤボンディングする位置と硬質部材70の位置とを合わせることができる。
In the manufacturing method of the present embodiment, bumps that are the
なお、本実施形態では、圧電デバイス10にはジャイロ装置を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、加速度センサあるいは圧電振動子やSAWフィルター等であっても勿論よい。また、圧電振動片32が接合される被接合体は半導体チップ45を例示したが、被接合体はパッケージ36、或いは他の電子部品等であっても勿論よい。
In the present embodiment, the gyro device is exemplified as the
図8は、本発明の上述した実施形態の第1の変形例に係る圧電デバイス12の概略断面図であり、図2の概略断面図に対応した図である。
図8において、図1ないし図7で使用した符合と同一の符合を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、相違点を中心に説明する。
図8の圧電デバイス12が図1ないし図7の圧電デバイス10と主に相違するのは、半導体チップ45と圧電振動片32との接続構造についてである。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the
In FIG. 8, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 7 have the same configuration, and therefore, redundant description will be omitted, and differences will be mainly described.
The
すなわち、本第1の変形例では、圧電振動片32は、半導体チップ45の端子を有する面45aに接合されると共に、端子(図示せず)と直接ワイヤボンディングされている。
具体的には、半導体チップ45は、パッケージ36とフリップチップ接続されず、内側底部23にダイボンディングされ、端子を有する面45aが圧電振動片32の接合面と対向するようになっている。
また、パッケージ36について、第2の基板62の高さ寸法を小さくすることで、上向きの段部22を、半導体チップ45の端子を有する面45aと略同一面となるように形成し、半導体チップ45と上向きの段部22に形成された電極パターン(図示せず)をボンディング線69でワイヤボンディングしている。
そして、圧電振動片32は、半導体チップ45の端子(図示せず)が設けられている領域以外の領域(図8の場合、中央領域)に接合され、そして、半導体チップ45の端子(図示せず)とボンディング線61で直接ワイヤボンディングされている。
That is, in the first modification, the piezoelectric vibrating
Specifically, the
Further, by reducing the height dimension of the
The piezoelectric vibrating
本発明の実施形態の第1の変形例は以上のように構成されており、圧電振動片32は半導体チップ45の端子を有する面45aに接合されると共に、その端子と直接ワイヤボンディングされている。したがって、圧電振動片32と半導体チップ45との電気的な接続は、パッケージ36を引き回すような導電部を設けなくてもよく、また、一本のボンディング線も短くて済むようになるため、電気信号の低ノイズ化が可能となる。
The first modification of the embodiment of the present invention is configured as described above, and the piezoelectric vibrating
図9は、本発明の上述した実施形態の第2の変形例に係る圧電デバイス14の概略断面図であり、図2の概略断面図に対応した図である。
図9において、図1ないし図8で使用した符合と同一の符合を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、相違点を中心に説明する。
図9の圧電デバイス14が、図1ないし図8の圧電デバイス10,12と主に相違するのは、半導体チップ45と圧電振動片32との接続構造についてである。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the
In FIG. 9, the same reference numerals as those used in FIG. 1 to FIG. 8 have the same configuration, and therefore, redundant description will be omitted, and differences will be mainly described.
The
すなわち、本変形例の被接合体は、半導体チップ45ではなく、配線基板80となっている。そして、配線基板80は、圧電振動片32がワイヤボンディングで電気的に接続されたパッド(図示せず)を有している。
一方、半導体チップ45は、この配線基板80の圧電振動片32が接合された面と反対側の面80aに電気的機械的に接続されている。具体的には、配線基板80のボンディング線61が接続されたパッド(図示せず)は、スルーホールや配線パターンなどで、圧電振動片32が接合された面と反対側の面80aに設けられたパッド(図示せず)と導通されている。そして、配線基板80の反対側の面80aに設けられたパッドと半導体チップ45の端子とを、バンプ66を介して接続して、半導体チップ45を配線基板80にフリップチップ接続するようにしている。
このように、圧電振動片32と半導体チップ45とは、配線基板80を間に挟んで、電気的機械的に接続されている。
That is, the bonded body of this modification is not the
On the other hand, the
As described above, the piezoelectric vibrating
また、本実施形態の圧電振動片32、半導体チップ45、配線基板80は、パッケージ36に順次実装されるようなものではなく、パッケージ36に実装する前に、各部品32,45,80間を電気的機械的に接続してモジュール化している。すなわち、パッケージ36に実装する前に、配線基板80の一方の面に、半導体チップ45をフリップチップ接続し、その後、配線基板80の他方の面に接着剤44を塗布し、その上からバンプ70が形成された圧電振動片32を載置して固定させてから、ワイヤボンディングして、モジュール化する。
なお、複数の圧電振動片32および半導体チップ45に対応した大きさを有する配線基板を用意し、この大きな配線基板に、上述と同様の方法にて、複数の圧電振動片32および半導体チップ45を所定の位置に電気的機械的に接続し、その後、配線基板を一つの圧電デバイス14に対応した大きさに切断、個片化してモジュール化することで、大量生産することができる。
In addition, the piezoelectric vibrating
A wiring board having a size corresponding to the plurality of piezoelectric vibrating
そして、このようにモジュール化された圧電振動片32、半導体チップ45、及び配線基板80の集合体を、パッケージ36側に接続するようにしている。すなわち、水平方向について、半導体チップ45よりも大きな面積を有する配線基板80の周縁部80bを、パッケージ36の上向きの段部22に対して、電気的機械的に接続するようにしている。
具体的には、半導体チップ45とバンプ66を介して接続された配線基板80の面80aに設けられたパッド(図示せず)は、配線基板80の同じ面80aであって周縁部80bに設けられたパッド(図示せず)と電気的に接続されている。そして、この周縁部80bのパッド(図示せず)は、上向きの段部22に形成された電極パターン(図示せず)と、半田や導電性接着剤82等で接合されている。
Then, the assembly of the piezoelectric vibrating
Specifically, the pads (not shown) provided on the
本発明の実施形態の第2の変形例は以上のように構成されており、配線基板80を間に挟んで圧電振動片32と半導体チップ45とを電気的機械的に接続してモジュール化し、その後、この配線基板80をパッケージ36の上向きの段部22に接続するようにしているので、製造が容易である。また、このようなモジュール化が可能な構造を採用すれば、製造方法において、大きな寸法を有する配線基板に複数の圧電振動片32および複数の半導体チップ45を接続した後に個片化して、複数のモジュール化されたものを一度に生産することができる。したがって、大量生産が容易ともなる。
しかも、圧電振動片32と半導体チップ45との間には配線基板80が介在するため、バンプ等の硬質部材70が、半導体チップ45の端子を傷つけることもない。
The second modification of the embodiment of the present invention is configured as described above, and the piezoelectric vibrating
In addition, since the
本発明は上述の実施形態および変形例に限定されない。各実施形態および変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications. Each configuration of each embodiment and modification can be combined or omitted as appropriate, and can be combined with other configurations not shown.
10,12,14・・・圧電デバイス、32・・・圧電振動片、36・・・パッケージ、44・・・接着剤、45・・・被接合体(半導体チップ)、61・・・ボンディング線、70・・・硬質部材(バンプ)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記圧電振動片の接合面と前記被接合体の接合面との間には、前記圧電振動片のワイヤボンディングされた位置に対応して、少なくとも前記接着剤よりも硬い硬質部材が介在しており、
前記硬質部材は、前記圧電振動片または前記被接合体のいずれか一方あるいは双方と接合されていない
ことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric device comprising a wire-bonded piezoelectric vibrating piece and a bonded body to which the piezoelectric vibrating piece is bonded using an adhesive,
A hard member harder than at least the adhesive is interposed between the bonding surface of the piezoelectric vibrating piece and the bonding surface of the object to be joined, corresponding to the wire-bonded position of the piezoelectric vibrating piece. ,
The said hard member is not joined to either one or both of the said piezoelectric vibrating piece and the said to-be-joined body. The piezoelectric device characterized by the above-mentioned.
前記圧電振動片は、前記半導体チップの端子が設けられた領域以外の領域に接合されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の圧電デバイス。 The joined body is a semiconductor chip;
The piezoelectric device according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrating piece is bonded to a region other than a region where the terminals of the semiconductor chip are provided.
前記圧電振動片は、前記半導体チップの端子を有する面に接合されると共に、前記端子と直接ワイヤボンディングされている
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の圧電デバイス。 The joined body is a semiconductor chip;
4. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrating piece is bonded to a surface of the semiconductor chip having a terminal and is directly wire-bonded to the terminal.
前記配線基板は、前記圧電振動片が接合された面と反対側の面に、半導体チップが電気的機械的に接続されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の圧電デバイス。 The bonded body is a wiring board in which the piezoelectric vibrating pieces are electrically connected by wire bonding,
3. The piezoelectric device according to claim 1, wherein a semiconductor chip is electrically and mechanically connected to a surface of the wiring board opposite to a surface to which the piezoelectric vibrating piece is bonded.
前記圧電振動片の被接合体に対する接合面に、前記ワイヤボンディングする位置に対応してバンプを形成し、
その後、前記バンプを形成した圧電振動片を、前記接着剤により前記被接合体に接合し、
その後、前記圧電振動片に前記ワイヤボンディングする
ことを特徴とした圧電デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is bonded to an object to be bonded using an adhesive, and then the piezoelectric vibrating piece is wire bonded.
A bump is formed on the bonding surface of the piezoelectric vibrating piece to the object to be bonded corresponding to the position where the wire bonding is performed,
Thereafter, the piezoelectric vibrating piece on which the bump is formed is bonded to the bonded body by the adhesive,
Thereafter, the wire bonding is performed on the piezoelectric vibrating piece. A method for manufacturing a piezoelectric device.
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KR100863917B1 (en) * | 2003-11-21 | 2008-10-16 | 퀄컴 인코포레이티드 | Estimating a position of a wireless mobile device with respect to one or more base station |
CN105424018A (en) * | 2014-09-16 | 2016-03-23 | 精工爱普生株式会社 | Physical quantity detection device, electronic apparatus, and moving object |
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