JP2009165102A - Piezoelectric oscillator, and method for manufacturing piezoelectric oscillator - Google Patents

Piezoelectric oscillator, and method for manufacturing piezoelectric oscillator Download PDF

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敦司 松尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric oscillator that is downsized so that the mount area thereof is reduced and whose reliability with respect to electrical connection is improved, and to provide a method for manufacturing the piezoelectric oscillator. <P>SOLUTION: The piezoelectric oscillator includes a piezoelectric resonator 31 sealing a piezoelectric resonator element in a container 32 and a semiconductor device 51 including an oscillation circuit for vibrating the piezoelectric resonator, in a structure where the semiconductor device is bonded to a surface of the container. The container has external connection terminals 36, 37 connected to the semiconductor device and the external connection terminal includes an area, which is opposed to the semiconductor device 51 when bonding the semiconductor device 51, and is formed continuously to the area so as to reach a cut-off part formed on an outer surface of the container. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内部に圧電振動片を封止した圧電振動子の収容容器に半導体装置を接合した構造の圧電発振器および圧電発振器の製造方法の改良に関する。   The present invention relates to an improvement in a piezoelectric oscillator having a structure in which a semiconductor device is bonded to a container of a piezoelectric vibrator in which a piezoelectric vibrating piece is sealed, and a method for manufacturing the piezoelectric oscillator.

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器が広く使用されている。
圧電発振器は、圧電材料で形成した圧電振動片と、半導体装置、すなわちＩＣチップを接合により組み合わせたものである。 Piezoelectric vibrators and oscillators are widely used in small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers, and IC cards, and mobile communication devices such as mobile phones, car phones, and paging systems. ing.
The piezoelectric oscillator is a combination of a piezoelectric vibrating piece formed of a piezoelectric material and a semiconductor device, that is, an IC chip, by bonding.

特許文献１は、このような圧電発振器の一例を示している。
図１において、水晶発振器は、実装基板２に対して、バンプ６を介してＩＣチップ５が接合されており、このＩＣチップ５の外部接続端子に対して、半田９を介して圧電振動子１が接合されている。
このようにＩＣチップ５と圧電振動子１を縦に重ねて接合するようにすれば、水平方向の大きさをコンパクトにして、実装面積を小さくした圧電発振器（水晶発振器）を提供することができる。 Patent Document 1 shows an example of such a piezoelectric oscillator.
In FIG. 1, an IC chip 5 is bonded to a mounting substrate 2 via bumps 6 in the crystal oscillator, and the piezoelectric vibrator 1 is connected to external connection terminals of the IC chip 5 via solder 9. Are joined.
Thus, if the IC chip 5 and the piezoelectric vibrator 1 are vertically stacked and joined, a piezoelectric oscillator (crystal oscillator) having a compact horizontal size and a small mounting area can be provided. .

特開２００６−６０６３８JP 2006-60638

しかしながら、特許文献１に記載したような水晶発振器にあっては、圧電振動子１と接合するためのＩＣチップ５の外部接続端子は、平面的な構造であり、その接合面積も限られている。
このため、電気的接続における信頼性が低いという問題がある。このことは、ＩＣチップと、圧電振動子がより小さく形成されるようになるほど、問題となる。 However, in the crystal oscillator as described in Patent Document 1, the external connection terminal of the IC chip 5 for bonding to the piezoelectric vibrator 1 has a planar structure, and its bonding area is limited. .
For this reason, there exists a problem that the reliability in electrical connection is low. This becomes more problematic as IC chips and piezoelectric vibrators are made smaller.

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、実装面積を小さくするために小型化を図ることができ、電気的接続の信頼性を向上させることができる圧電発振器および圧電発振器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 oscillator and a piezoelectric oscillator that can be reduced in size to reduce the mounting area and can improve the reliability of electrical connection. An object is to provide a manufacturing method.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］
圧電振動片を収容容器内に封止した圧電振動子と、該圧電振動子を発振させる発振回路を備える半導体装置とを有し、前記収容容器の表面に前記半導体装置を接合した圧電発振器であって、前記収容容器は、前記半導体装置に接続する外部接続端子、及び該収容容器の側面に形成された切除部を有しており、前記外部接続端子は、前記収容容器が前記半導体装置と対向する領域、及び前記切除部に形成されており、前記半導体装置は、前記収容容器と対向する面に接続端子を有しており、前記半導体装置の接続端子と、前記収容容器の外部接続端子とは、導電性の材料により接続されていることを特徴とする圧電発振器。
上記構成によれば、圧電振動子に半導体装置を重ねて接合した構成であり、全体としてコンパクトに形成することができる。
また、圧電振動子の収容容器が、前記半導体装置に接続するための外部接続端子を有しており、この外部接続端子が、前記半導体装置を接合する際に、該半導体装置と対向する領域を含み、これに連続して、前記収容容器外面に形成した切除部にまで及ぶ領域に達するように形成されている。
このため、収容容器の外部接続端子に対して、接合のために用いられる半田または導電性接着剤が塗布されると、該半田または導電性接着剤が前記切除部、つまりキャスタレーション部まで回り込んで半田フィレット等を形成することができる。このため、圧電振動片の収容容器と半導体装置の接合が強固となり、電気的接続が確実となる。 [Application Example 1]
A piezoelectric oscillator having a piezoelectric vibrator in which a piezoelectric vibrating piece is sealed in a container and a semiconductor device including an oscillation circuit for oscillating the piezoelectric vibrator, and the semiconductor device being bonded to the surface of the container. The housing container has an external connection terminal connected to the semiconductor device, and a cut-out portion formed on a side surface of the housing container, and the housing container faces the semiconductor device. The semiconductor device has a connection terminal on a surface facing the storage container, the connection terminal of the semiconductor device, and the external connection terminal of the storage container Are connected by a conductive material.
According to the above configuration, the semiconductor device is overlapped and joined to the piezoelectric vibrator, and can be formed compact as a whole.
In addition, the container of the piezoelectric vibrator has an external connection terminal for connecting to the semiconductor device, and the external connection terminal defines a region facing the semiconductor device when the semiconductor device is joined. It is formed so as to reach a region extending continuously to the excision formed on the outer surface of the container.
For this reason, when solder or conductive adhesive used for bonding is applied to the external connection terminals of the container, the solder or conductive adhesive wraps around the cut portion, that is, the castellation portion. A solder fillet or the like can be formed. For this reason, the bonding between the container for the piezoelectric vibrating piece and the semiconductor device is strengthened, and electrical connection is ensured.

［適用例２］
上記構成において、前記収容容器は、複数の前記外部接続端子を有し、該収容容器が前記半導体装置と対向する前記領域において、前記複数の外部接続端子どうしの間に凹部を設けたことを特徴とする。
上記構成によれば、収容容器の外部接続端子どうしの間に凹部が設けられているので、そこに半導体装置を封止するための封止樹脂が回りこんで、接着面積が増加するので、より接合の強度が向上する。
なお、「凹部」とは、「凹み」、「溝」、「スリット」など、半導体装置との間で、封止樹脂が流れ込むことができる構成のものであれば全て含む趣旨である。 [Application Example 2]
In the above-described configuration, the storage container has a plurality of the external connection terminals, and the storage container is provided with a recess between the plurality of external connection terminals in the region facing the semiconductor device. And
According to the above configuration, since the recess is provided between the external connection terminals of the storage container, the sealing resin for sealing the semiconductor device wraps around there, and the adhesion area increases. Bonding strength is improved.
Note that the “concave portion” is intended to include all of the “concave”, “groove”, “slit”, and the like that have a configuration in which the sealing resin can flow into and out of the semiconductor device.

［適用例３］
上記構成において前記半導体装置の外側面が、下降するにしたがって、徐々に内側に入り込む傾斜面とされていることを特徴とする。
上記構成によれば、前記外側面が傾斜面とされると、導電性接着剤や半田と接合するための面積が拡大し、一層接合強度が向上する。 [Application Example 3]
In the above structure, the outer surface of the semiconductor device is an inclined surface that gradually enters the inner side as it descends.
According to the said structure, when the said outer surface is made into an inclined surface, the area for joining with a conductive adhesive and solder will expand, and joining strength will improve further.

［適用例４］
上記構成において、前記圧電振動子は、水晶製の第１および第２の基板と、前記圧電振動片ならびに前記第１および前記第２の基板に接合された枠部が一体に形成された水晶製の基板と、を有することを特徴とする。
上記構成によれば、振動片とその収容容器の材料が同一であるから温度変化による線膨張係数が同じである。したがって、実装時においてリフローの際などの応力以外に、温度の変化による応力が作用することなども防止できる。 [Application Example 4]
In the above-described configuration, the piezoelectric vibrator is made of quartz, in which the first and second substrates made of quartz, the piezoelectric vibrating piece, and the frame portion joined to the first and second substrates are integrally formed. And a substrate.
According to the above configuration, since the vibration piece and the container are made of the same material, the linear expansion coefficient due to temperature change is the same. Therefore, it is possible to prevent stress due to temperature change from acting in addition to stress during reflow during mounting.

［適用例５］
上記構成において、前記圧電振動片は、逆メサ型の振動片であることを特徴とする。
上記構成によれば、第１、第２の基板に挟まれる枠部内側に逆メサ型の振動片を形成しているので、該振動片が励振される上で、第１、第２の基板が接触して該励振の妨げとなることがなく、これら第１、第２の各基板として、振動片側に凹部を形成する等といった特殊な加工を施さない平板な基板を用いることができるという利点がある。 [Application Example 5]
In the above configuration, the piezoelectric vibrating piece is an inverted mesa type vibrating piece.
According to the above configuration, since the inverted mesa type vibrating piece is formed inside the frame portion sandwiched between the first and second substrates, the first and second substrates are excited when the vibrating piece is excited. The first and second substrates can be flat substrates that are not subjected to special processing such as forming a concave portion on the vibrating piece side. There is.

［適用例６］
上基板、下基板、および振動片基板を用意する工程と、前記上基板に複数の切除部を形成する工程と、前記上基板、前記下基板および振動片基板の形状を加工する工程、ならびに電極膜を形成する工程と、前記上基板、前記振動片基板および前記下基板を積層して接合する工程と、前記接合する工程の後に、前記上基板上に複数の半導体装置を接合する工程と、前記積層基板を切断分離し、複数の圧電発振器とする工程とを備えることを特徴とする。
上記構成によれば、上基板、下基板、および振動片基板が、圧電発振器を複数個分離できる大きさであって、このうち、下基板および振動片基板にもそれぞれに必要とされる形状加工および電極膜の形成加工を行う各工程を実行するようにしたので、複数個の圧電発振器を形成するためのプロセスを同時に進行することができ、製造効率が高い。
しかも、前記上基板には前記製品の大きさ単位で必要とされる複数の切除部が形成される。この切除部を形成した個所に関して、収容容器の外部接続端子に対して接合のために用いられる半田または導電性接着剤が塗布されると、該半田または導電性接着剤が前記切除部、つまりキャスタレーション部まで回り込んで半田フィレットを形成することができる。このため、圧電振動片の収容容器と半導体装置の接合が強固となり、電気的接続が確実となる。
さらには、少なくとも３枚の基板を積層して接合後に、前記上基板上に複数の半導体装置の接合を行う半導体装置接合工程を実行しているので、半導体装置の接合作業についても圧電発振器複数個分が同時に行われることになり、製造効率が高い。 [Application Example 6]
A step of preparing an upper substrate, a lower substrate, and a vibrating piece substrate; a step of forming a plurality of cut portions on the upper substrate; a step of processing the shapes of the upper substrate, the lower substrate and the vibrating piece substrate; and an electrode A step of forming a film, a step of laminating and bonding the upper substrate, the vibrating piece substrate, and the lower substrate, and a step of bonding a plurality of semiconductor devices on the upper substrate after the bonding step; A step of cutting and separating the laminated substrate to form a plurality of piezoelectric oscillators.
According to the above configuration, the upper substrate, the lower substrate, and the vibrating piece substrate are sized so that a plurality of piezoelectric oscillators can be separated. Of these, the shape processing required for each of the lower substrate and the vibrating piece substrate is also provided. In addition, since each step of forming and processing the electrode film is executed, the process for forming a plurality of piezoelectric oscillators can proceed simultaneously, and the manufacturing efficiency is high.
In addition, the upper substrate is formed with a plurality of cut portions required for the size of the product. When the solder or the conductive adhesive used for joining is applied to the external connection terminal of the container at the portion where the cut portion is formed, the solder or the conductive adhesive is applied to the cut portion, that is, the caster. The solder fillet can be formed by wrapping up to the adjustment portion. For this reason, the bonding between the container for the piezoelectric vibrating piece and the semiconductor device is strengthened, and the electrical connection is ensured.
Furthermore, since a semiconductor device bonding step of bonding a plurality of semiconductor devices on the upper substrate is performed after laminating and bonding at least three substrates, a plurality of piezoelectric oscillators are also used for the semiconductor device bonding operation. Minutes are performed at the same time, and manufacturing efficiency is high.

図１は、本発明の圧電発振器の第１の実施形態を示す概略断面図であり、図２は収容容器であるパッケージの上面図（平面図）である。
図において、圧電発振器３０は、圧電振動子３１と、この圧電振動子３１のパッケージ３２内に収容した圧電振動片３５を発振させる発振回路を備える半導体装置５１とを接合して形成されている。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of the piezoelectric oscillator of the present invention, and FIG. 2 is a top view (plan view) of a package as a container.
In the figure, a piezoelectric oscillator 30 is formed by joining a piezoelectric vibrator 31 and a semiconductor device 51 including an oscillation circuit that oscillates a piezoelectric vibrating piece 35 housed in a package 32 of the piezoelectric vibrator 31.

この実施形態において、圧電振動子３１は、図１に示すように、第１および第２の基板３３，３４を含む収容容器としてのパッケージ３２と、これら第１および第２の基板３３，３４に挟まれて固定された圧電振動片３５を備えている。
第１および第２の基板３３，３４は、好ましくは、光を透過する平坦な板であり、ガラスか、より好ましくは圧電振動片３５と同じ材料で形成されている。すなわち、この実施形態では、第１および第２の基板３３，３４はともに水晶で形成されていると好ましい。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrator 31 includes a package 32 as a container including first and second substrates 33 and 34, and the first and second substrates 33 and 34. A piezoelectric vibrating piece 35 sandwiched and fixed is provided.
The first and second substrates 33 and 34 are preferably flat plates that transmit light, and are made of glass or more preferably the same material as the piezoelectric vibrating piece 35. That is, in this embodiment, it is preferable that the first and second substrates 33 and 34 are both made of quartz.

圧電振動片３５は、圧電材料により形成されている。圧電材料として、例えば、この実施形態では水晶が使用されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。
特に、この圧電振動片３５は矩形の水晶の板の外周縁の厚みを残して、エッチングにより中央部の厚みを薄く加工して振動片本体３９となる励振領域を形成した逆メサ型のＡＴ振動片が使用されている。圧電振動片は、このような形態以外にも、逆メサ型でない矩形（第１および第２の基板の内側に凹状部を形成して励振を可能とした場合）や、音叉型の振動片などを用いることもできる。 The piezoelectric vibrating piece 35 is made of a piezoelectric material. As the piezoelectric material, for example, quartz is used in this embodiment, and other piezoelectric materials such as lithium tantalate and lithium niobate can be used.
In particular, the piezoelectric vibrating piece 35 is an inverted mesa type AT vibration in which the thickness of the outer peripheral edge of a rectangular crystal plate is left and the thickness of the central portion is thinned by etching to form an excitation region that becomes the vibrating piece main body 39. A piece is used. In addition to this form, the piezoelectric vibrating piece is not a reverse mesa type rectangle (when a concave portion is formed inside the first and second substrates to enable excitation), a tuning fork type vibrating piece, etc. Can also be used.

圧電振動片３５を、本実施形態のように、逆メサ型のＡＴ振動片とした場合には、該振動片が励振される上で、第１、第２の基板３３，３４は、それぞれ振動片側に凹部を形成する等といった特殊な加工を施さない図示のような平板な基板を用いても、振動片に接触して励振の妨げとなることがない。   When the piezoelectric vibrating piece 35 is an inverted mesa type AT vibrating piece as in the present embodiment, the first and second substrates 33 and 34 are vibrated after the vibrating piece is excited. Even if a flat substrate as shown in the figure, which is not subjected to special processing such as forming a recess on one side, is used, it does not interfere with excitation by contacting the vibrating piece.

第１および第２の基板３３，３４は、圧電振動片３５を間に挟み込んで接合されている。このような接合は種々の接合法により接合できる。例えば、これら第１および第２の基板３３，３４と圧電振動片３５とは、接合面にプラズマを照射することにより活性化表面を発生させる、いわゆる直接接合によって接合したり、金−スズによる合金接合することができる。あるいは、第１および第２の基板３３，３４をガラスとした場合には陽極接合により接合することができる。
圧電振動片３５の励振領域には、その表面と裏面にそれぞれクロム−金メッキなどにより励振電極３６ａ，３７ａが形成されている。 The first and second substrates 33 and 34 are joined with the piezoelectric vibrating piece 35 interposed therebetween. Such joining can be joined by various joining methods. For example, the first and second substrates 33 and 34 and the piezoelectric vibrating piece 35 are bonded by so-called direct bonding, in which an activation surface is generated by irradiating the bonding surface with plasma, or an alloy of gold-tin. Can be joined. Alternatively, when the first and second substrates 33 and 34 are made of glass, they can be bonded by anodic bonding.
In the excitation area of the piezoelectric vibrating piece 35, excitation electrodes 36a and 37a are formed on the front and back surfaces by chromium-gold plating, respectively.

励振電極３６ａは、図１において振動片本体の上面から圧電振動片３５の枠部上面に導電パターンにより延長されており、延長部は、導電部３６ｂとされている。励振電極３７ａは、図１において振動片本体の下面から圧電振動片３５の枠部下面に導電パターンを引き回し、さらに該枠部に形成した切欠き側面などを縦方向に延長した導電パターン３７ｂを形成して、延長端部は、該枠部の上面まで延びて、導電部３７ｃを形成している。   In FIG. 1, the excitation electrode 36a is extended from the upper surface of the vibrating piece main body to the upper surface of the frame portion of the piezoelectric vibrating piece 35 by a conductive pattern, and the extended portion is a conductive portion 36b. The excitation electrode 37a forms a conductive pattern 37b in which the conductive pattern is routed from the lower surface of the vibration piece main body to the lower surface of the frame portion of the piezoelectric vibration piece 35 in FIG. The extended end portion extends to the upper surface of the frame portion to form a conductive portion 37c.

一方、収容容器であるパッケージ３２の第１の基板３３は、図２に示すように、矩形の基板であり、その四隅部には、ドライエッチングやサンドブラスト等の手法により、切除部もしくは欠落部としてのキャスタレーション部３８が形成されている。
この場合、各キャスタレーション部３８は、例えば、図１に示されているように、外方に向かって徐々に下降する傾斜面となっている。
そして、第１の基板３３の上面には、図１および図２を参照して理解されるように、上記した枠部表面の導電部３６ｂ，３７ｃとそれぞれ接続される外部接続端子３６，３７が形成されている。
すなわち、外部接続端子３６，３７は、第１の基板３３の上面において、これに接合される半導体装置５１の後述する貫通電極を形成するなどして設けた端子の直下の位置に設けられている。しかも、この外部接続端子３６，３７は、パッケージ３２を構成する第１の基板３３の上記した各切除部３８の傾斜面に導電パターン３８ｄとして第１の基板３３の下面に到達するまでそれぞれ延長されて、枠部表面の導電部３６ｂ，３７ｃと接続されるようになっている。 On the other hand, as shown in FIG. 2, the first substrate 33 of the package 32, which is a storage container, is a rectangular substrate, and the four corners thereof are cut or missing by a technique such as dry etching or sandblasting. The castellation portion 38 is formed.
In this case, each castellation part 38 is an inclined surface that gradually descends outward as shown in FIG. 1, for example.
As can be understood with reference to FIGS. 1 and 2, external connection terminals 36 and 37 connected to the conductive portions 36b and 37c on the surface of the frame portion are provided on the upper surface of the first substrate 33, respectively. Is formed.
That is, the external connection terminals 36 and 37 are provided on the upper surface of the first substrate 33 at positions immediately below terminals provided by forming through electrodes, which will be described later, of the semiconductor device 51 bonded thereto. . In addition, the external connection terminals 36 and 37 are extended on the inclined surfaces of the above-described cut portions 38 of the first substrate 33 constituting the package 32 until reaching the lower surface of the first substrate 33 as the conductive pattern 38d. Thus, the conductive parts 36b and 37c on the surface of the frame part are connected.

半導体装置５１は、所謂ＩＣチップであり、圧電振動子３１の発振回路と温度補償回路とを内臓した半導体素子であり、該圧電振動子３１の動作の温度補償などの機能を発揮するものである。
図１においては、半導体装置５１の上の面が能動面５８であり、下の面が非能動面５７である。図示するように、半導体装置５１の能動面５８には、外部接続端子５６が形成されている。外部接続端子５６は、実装端子として利用されるものであり、この実施形態では、例えば、実装用の半田がプリコートされている。 The semiconductor device 51 is a so-called IC chip, which is a semiconductor element incorporating the oscillation circuit of the piezoelectric vibrator 31 and a temperature compensation circuit, and exhibits functions such as temperature compensation of the operation of the piezoelectric vibrator 31. .
In FIG. 1, the upper surface of the semiconductor device 51 is the active surface 58, and the lower surface is the inactive surface 57. As illustrated, an external connection terminal 56 is formed on the active surface 58 of the semiconductor device 51. The external connection terminal 56 is used as a mounting terminal. In this embodiment, for example, mounting solder is precoated.

他方、半導体装置５１の非能動面５７には、能動面５８と接続された接続端子５４，５５が形成されている。貫通電極は、半導体装置５１を形成するシリコン基板を貫通して表裏を電気的に接続するものである。
その形成法を簡単に説明すると、まず、上記シリコン基板の表面全体に、熱酸化等によって酸化シリコンからなる絶縁層を形成する。次に、この絶縁層上にレジストを塗布し、露光・現像処理により所定形状にパターニングする。続いて、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に複数の平面視円形状の溝部を形成する。さらに、この溝部の内壁面を覆う絶縁層を熱酸化法等により形成して、その後、該溝部の内部つまり内壁面を含むシリコン基板の能動面にスパッタ法や真空蒸着法等によって下地層を形成する。
続いて、シリコン基板の能動面５８上にメッキレジストを塗布し、該メッキレジストを上記溝部の周辺のシリコン基板が露出した開口部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を形成する。このメッキレジストパターンをマスクにしてＣｕ電解メッキ処理し、上記開口部を含む溝部の内部に銅を析出させる。これにより、溝部の内部に銅が充填され、溝部を含む開口部に金属端子が形成される。次いで、メッキレジストパターンをそのままマスクにして、金属端子上に無鉛半田等のろう材からなる接合材を形成する。 On the other hand, connection terminals 54 and 55 connected to the active surface 58 are formed on the inactive surface 57 of the semiconductor device 51. The through electrode penetrates through the silicon substrate forming the semiconductor device 51 and electrically connects the front and back sides.
The formation method will be briefly described. First, an insulating layer made of silicon oxide is formed on the entire surface of the silicon substrate by thermal oxidation or the like. Next, a resist is applied on the insulating layer and patterned into a predetermined shape by exposure and development. Subsequently, a plurality of circular grooves in plan view are formed in the silicon substrate by etching using the resist as a mask. Further, an insulating layer covering the inner wall surface of the groove is formed by a thermal oxidation method or the like, and then an underlying layer is formed on the active surface of the silicon substrate including the inner wall surface, that is, the inner wall surface, by sputtering or vacuum deposition. To do.
Subsequently, a plating resist is applied on the active surface 58 of the silicon substrate, and the plating resist is patterned so as to have an opening in which the silicon substrate around the groove is exposed, thereby forming a plating resist pattern. Using this plating resist pattern as a mask, Cu electrolytic plating is performed to deposit copper in the groove including the opening. Thereby, copper is filled inside the groove and a metal terminal is formed in the opening including the groove. Next, using the plating resist pattern as a mask, a bonding material made of a brazing material such as lead-free solder is formed on the metal terminal.

次に、メッキレジストパターンをシリコン基板から除去し、該シリコン基板をその裏面側からバックグラインドし、シリコン基板の裏面に金属端子を露出させる。
これにより、金属端子と接合材とからなる複数の貫通電極による接続端子５４，５５を形成することができる。
これにより、半導体装置５１においては、接続端子５４，５５を介して圧電振動片３５の駆動を制御することができる。
なお、半導体装置５１の接続端子５４，５５および実装端子５６を露出した個所以外は、例えばポリイミドなどにより絶縁されている。 Next, the plating resist pattern is removed from the silicon substrate, the silicon substrate is back-ground from the back surface side, and the metal terminals are exposed on the back surface of the silicon substrate.
Thereby, the connection terminals 54 and 55 by the some penetration electrode which consists of a metal terminal and a joining material can be formed.
Thereby, in the semiconductor device 51, the driving of the piezoelectric vibrating piece 35 can be controlled via the connection terminals 54 and 55.
The portions other than the portions where the connection terminals 54 and 55 and the mounting terminal 56 of the semiconductor device 51 are exposed are insulated by, for example, polyimide.

さらに、この実施形態では、圧電振動子３１の外部接続端子３６，３７に導電性接着剤もしくは半田５３，５３を塗布し、その上に半導体装置５１を重合載置して、導電性接着剤もしくは半田５３，５３を硬化させている。
ここで、半田５３，５３は、半導体装置５１の実装端子５６にプリコートした半田よりも高融点の半田を用いている。すなわち、圧電発振器３０の実装時のリフロー工程で、圧電振動子３１と半導体装置５１の接合が分離されないためである。
さらに半導体装置５１の実装端子５６，５６を露出させるようにして、それ以外の部分を樹脂モールドすることもできる。これにより、半導体装置５１を空気中の湿気などから保護することができる。モールド樹脂としては、一般的な半導体封止樹脂を用いることができ、例えばエポキシ樹脂を使用することができる。 Furthermore, in this embodiment, a conductive adhesive or solder 53, 53 is applied to the external connection terminals 36, 37 of the piezoelectric vibrator 31, and the semiconductor device 51 is superposed on the conductive adhesive or solder, The solder 53, 53 is hardened.
Here, as the solders 53, 53, solder having a melting point higher than that of the solder pre-coated on the mounting terminal 56 of the semiconductor device 51 is used. That is, the bonding of the piezoelectric vibrator 31 and the semiconductor device 51 is not separated in the reflow process when the piezoelectric oscillator 30 is mounted.
Further, the mounting terminals 56 and 56 of the semiconductor device 51 can be exposed, and the other portions can be resin-molded. Thereby, the semiconductor device 51 can be protected from moisture in the air. As the mold resin, a general semiconductor sealing resin can be used. For example, an epoxy resin can be used.

本実施形態は以上のように構成されており、図１で説明したように、圧電振動子３１に半導体装置５１を重ねて接合した構成なので、全体としてコンパクトに形成することができる。
そして、圧電振動子３１の収容容器としてのパッケージ３２が、外部接続端子３６，３７を有しており、この外部接続端子３６，３７は、半導体装置５１と対向する領域を含み、これに連続して、第１の基板３３に形成した切除部３８にまで及ぶ領域に達する部分３７ｄ，３８ｄを有している。
このため、パッケージ３２の外部接続端子３６，３７に半田または導電性接着剤５３，５３が塗布されると、該半田または導電性接着剤がパッケージ３２の切除部、つまりキャスタレーション部３８，３８まで回り込んで、例えば半田フィレットを形成することができる。このため、圧電振動片の収容容器３２と半導体装置５１の接合が強固となり、電気的接続が確実となる。 The present embodiment is configured as described above. As described with reference to FIG. 1, since the semiconductor device 51 is overlapped and joined to the piezoelectric vibrator 31, it can be formed compact as a whole.
The package 32 as a container for the piezoelectric vibrator 31 has external connection terminals 36 and 37, and the external connection terminals 36 and 37 include a region facing the semiconductor device 51 and are continuous therewith. In addition, the first substrate 33 has portions 37d and 38d reaching the region extending to the cut portion 38 formed in the first substrate 33.
For this reason, when the solder or the conductive adhesive 53, 53 is applied to the external connection terminals 36, 37 of the package 32, the solder or the conductive adhesive reaches the cut portion of the package 32, that is, the castellations 38, 38. For example, a solder fillet can be formed by wrapping around. For this reason, the bonding between the housing container 32 of the piezoelectric vibrating piece and the semiconductor device 51 is strengthened, and the electrical connection is ensured.

図３は、本発明の圧電発振器の第２の実施形態を示す概略断面図である。
図において、図１、図２と共通する構成には同一の符合を付して重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
第２の実施形態の圧電発振器３０−２が、第１の実施形態の圧電発振器３０と相違する点は、半導体装置５１−２の構成である。
この実施形態では、図３において、半導体装置５１−２の外側面が下降するにしたがって、徐々に内側に入り込む傾斜面５１ａとされていることである。
本実施形態は、以上のように構成されており、半導体装置５１−２の外側面が傾斜面５１ａとされたことにより、導電性接着剤や半田５３と接合する面積が拡大し、一層接合強度が向上する。
その他の作用効果は、第１の実施形態と同じである。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of the piezoelectric oscillator of the present invention.
In the figure, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Hereinafter, differences will be mainly described.
The difference between the piezoelectric oscillator 30-2 of the second embodiment and the piezoelectric oscillator 30 of the first embodiment is the configuration of the semiconductor device 51-2.
In this embodiment, in FIG. 3, the inclined surface 51 a gradually enters the inside as the outer surface of the semiconductor device 51-2 descends.
This embodiment is configured as described above, and since the outer surface of the semiconductor device 51-2 is the inclined surface 51a, the area to be bonded to the conductive adhesive or the solder 53 is expanded, and the bonding strength is further increased. Will improve.
Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.

図４は、本発明の圧電発振器の第３の実施形態を示す概略断面図であり、図５、図６は、その収容容器であるパッケージの上面図である。
これらの図において、図１、図２と共通する構成には同一の符合を付して重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the piezoelectric oscillator of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are top views of a package which is the container.
In these drawings, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Hereinafter, differences will be mainly described.

この実施形態は、半導体装置の外形寸法をパッケージよりも小さくした例を示している。
この実施形態では、パッケージ３２の第１の基板３３に設けた複数の外部接続端子である外部接続端子３６，３７の間に、凹部が設けられている。この凹部６１は、第１の基板３３の上面であって、半導体装置５１との対向面に形成されており、図５にそのパッケージ３２の上面図（平面図）が示されている。凹部６１は、種々の形態をとることができるが、この実施形態では、図４の奥行方向に延びる溝であって、該溝の端部が図４に示されているように幅広くされている。 This embodiment shows an example in which the external dimensions of the semiconductor device are made smaller than the package.
In this embodiment, a recess is provided between the external connection terminals 36 and 37 which are a plurality of external connection terminals provided on the first substrate 33 of the package 32. The recess 61 is formed on the upper surface of the first substrate 33 and on the surface facing the semiconductor device 51. FIG. 5 shows a top view (plan view) of the package 32. The recess 61 can take various forms. In this embodiment, the recess 61 is a groove extending in the depth direction of FIG. 4, and the end of the groove is widened as shown in FIG. 4. .

これに対して、図６に示されている溝６１−１にあっては、凹部である溝６１−１の端部は、中間部と同じ幅とされている。また、凹部はこのような溝に限らず、孔のような窪みであったり、複数のスリット等でもよい。
本実施形態は以上のように構成されており、図４において、導電性接着剤や半田３８が該凹部に流れ込むことによって、半導体装置５１の各接続端子５４，５５の内側にも半田フィレットが形成されやすくなり、接合面積が増加して接合強度が向上する。
しかも外部接続端子３６，３７との間で接合面積を増加させつつ、これらの端子間で凹部を形成することで、半田等が触れないようにすることができ、端子間の絶縁を確実にすることができる。その他の作用効果は第１の実施形態と同じである。 On the other hand, in the groove 61-1 shown in FIG. 6, the end of the groove 61-1 that is a recess has the same width as the intermediate part. Further, the recess is not limited to such a groove, but may be a recess such as a hole or a plurality of slits.
The present embodiment is configured as described above, and in FIG. 4, a solder fillet is also formed inside the connection terminals 54 and 55 of the semiconductor device 51 when the conductive adhesive or solder 38 flows into the recess. This increases the bonding area and increases the bonding strength.
In addition, by forming a recess between these terminals while increasing the joint area between the external connection terminals 36 and 37, it is possible to prevent solder from touching and to ensure insulation between the terminals. be able to. Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.

（圧電発振器の製造方法）
（形状加工工程）
次に、圧電発振器の製造方法の実施形態を簡単に説明する。
図７に示すように、３枚の基板を用意する。
すなわち、上基板７１と下基板７２と、これらの間に積層固定される振動片基板７３を用意する。各基板の外形寸法は等しく、圧電発振器３０（図１参照）を縦横に複数個分離できる大きさの基板ウエハを用いる。 (Piezoelectric oscillator manufacturing method)
(Shaping process)
Next, an embodiment of a method for manufacturing a piezoelectric oscillator will be briefly described.
As shown in FIG. 7, three substrates are prepared.
That is, an upper substrate 71 and a lower substrate 72 and a vibrating piece substrate 73 that is laminated and fixed therebetween are prepared. The substrate dimensions are the same, and a substrate wafer having a size capable of separating a plurality of piezoelectric oscillators 30 (see FIG. 1) vertically and horizontally is used.

これら３枚の基板ウエハのうち、少なくとも上基板７１は光透過性のものを用いる。例えば上基板７１と下基板７２とはガラスウエハにより形成することができる。あるいは、３枚の基板ウエハを全て水晶で形成することもできる。３枚の基板を同じ水晶ウエハとすれば、接合後に全ての材料の線膨張係数が一致するので、環境温度の変化によって反りなどを生じることなく、振動片に歪み応力が作用して周波数がずれたりすることがないから好ましい。   Of these three substrate wafers, at least the upper substrate 71 is a light transmissive one. For example, the upper substrate 71 and the lower substrate 72 can be formed of a glass wafer. Alternatively, all three substrate wafers can be formed of quartz. If the three substrates are made of the same quartz wafer, the linear expansion coefficients of all the materials after bonding will match, so the distortion will be applied to the resonator element without causing warpage due to changes in the environmental temperature, and the frequency will shift. It is preferable because it does not occur.

３枚の基板ウエハについては、それぞれの基板について形状加工が行われる。
上基板７１に関しては、例えば、ドライエッチングなどの手法により、縦横に分離される各製品（圧電発振器）の個々の四隅部の結合箇所に円形の孔を形成することにより、切除部３８が加工される。
振動片基板７３については、既に説明したように、逆メサ型振動片として励振領域を形成するためにエッチングが行われる。このエッチング加工は振動片基板７３の全体について同時に行われるため、複数もしくは多数の励振領域が同時に形成される。 For the three substrate wafers, shape processing is performed on each substrate.
With respect to the upper substrate 71, for example, the cut portion 38 is processed by forming circular holes at the joint portions of the four corners of each product (piezoelectric oscillator) separated vertically and horizontally by a technique such as dry etching. The
As already described, the resonator element substrate 73 is etched to form an excitation region as an inverted mesa resonator element. Since this etching process is performed simultaneously on the entire vibrating reed substrate 73, a plurality or a plurality of excitation regions are formed simultaneously.

（電極膜の形成工程）
次に、各基板について、例えば、クロムを下地とし、その上に金メッキを施し、フォトリソ工程を経ることによって、図１で説明した励振電極や外部接続用端子を形成する。
（接合工程）
続いて、図７の矢印に示されているように、上基板７１と下基板７２の間に振動片基板７３を挟みこむようにして、基板材料に応じて既に説明した接合法により３枚の基板を積層状態で接合する。 (Electrode film formation process)
Next, for each substrate, for example, chromium is used as a base, gold plating is performed thereon, and a photolithography process is performed to form the excitation electrode and the external connection terminal described in FIG.
(Joining process)
Subsequently, as shown by the arrows in FIG. 7, the vibration piece substrate 73 is sandwiched between the upper substrate 71 and the lower substrate 72, and the three substrates are bonded by the bonding method already described according to the substrate material. Join in a laminated state.

（半導体装置接合工程）
次いで、図８に示すように、上基板７１の各外部接続端子３６，３７にそれぞれ半田５３を塗布し、その上に予め用意してある半導体装置５１を載置して、該半田５３のリフロー工程を実行する。これによって、ウエハ状の上基板７１に対して、複数または多数の半導体装置５１を同時に接合することができる。
この際、半田５３は各切除部３８にも回り込むので、接合面積が増大し、半田フィレットが適切に形成される。
その後、例えばエポキシ樹脂を適用することにより、上基板７１上で各半導体装置５１が樹脂封止される。
（分離工程）
続いて、図８において、点線Ｃで示すように、個々の製品単位の位置で切断することにより図１の圧電発振器３０を多数個同時に得ることができる。 (Semiconductor device bonding process)
Next, as shown in FIG. 8, solder 53 is applied to each of the external connection terminals 36 and 37 of the upper substrate 71, a semiconductor device 51 prepared in advance is placed thereon, and reflow of the solder 53 is performed. Execute the process. As a result, a plurality or a plurality of semiconductor devices 51 can be simultaneously bonded to the wafer-like upper substrate 71.
At this time, since the solder 53 also wraps around each cut portion 38, the bonding area increases, and a solder fillet is appropriately formed.
Thereafter, each semiconductor device 51 is resin-sealed on the upper substrate 71 by applying, for example, an epoxy resin.
(Separation process)
Subsequently, as shown by a dotted line C in FIG. 8, a large number of piezoelectric oscillators 30 in FIG. 1 can be obtained simultaneously by cutting at the positions of individual product units.

以上説明したように、本実施形態によれば、複数個の圧電発振器３０を形成するためのプロセスを同時に進行することができ、製造効率が高い。
しかも、上基板７１には製品の大きさ単位で必要とされる複数の切除部３８が複数または多数個同時に形成される。この切除部３８を形成した個所に関して、半田５３が塗布されると、該半田５３が切除部３８まで回り込んで半田フィレットを形成することができる。このため、パッケージ３２と半導体装置５１の接合が強固となり、電気的接続が確実となる。
さらには、３枚の基板を積層して接合後に、上基板７１上に複数の半導体装置５１の接合を行う半導体装置接合工程を実行しているので、半導体装置５１の接合作業についても工程の効率が高い。 As described above, according to the present embodiment, the process for forming the plurality of piezoelectric oscillators 30 can proceed simultaneously, and the manufacturing efficiency is high.
In addition, a plurality of or a plurality of cut portions 38 required for each product size are formed on the upper substrate 71 at the same time. When the solder 53 is applied to the portion where the cut portion 38 is formed, the solder 53 can go around to the cut portion 38 to form a solder fillet. For this reason, the bonding between the package 32 and the semiconductor device 51 is strengthened, and the electrical connection is ensured.
Further, since a semiconductor device bonding step is performed in which a plurality of semiconductor devices 51 are bonded onto the upper substrate 71 after the three substrates are stacked and bonded, the efficiency of the process for the bonding operation of the semiconductor devices 51 is also performed. Is expensive.

図９は、本発明の圧電発振器の第４の実施形態を示す概略断面図である。
図において、図１、図２と共通する構成には同一の符合を付して重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a fourth embodiment of the piezoelectric oscillator of the present invention.
In the figure, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Hereinafter, differences will be mainly described.

この実施形態では、圧電振動子３１−１の収容容器であるパッケージ３２の構成が、第１の実施形態と相違しており、他の構成は同じである。
圧電振動子３１−１は、第２の基板３５−１が、パッケージを構成するための基板であり、圧電振動片を構成していない。
圧電振動片３９−１は、第２の基板３５−１の図において下面に形成した電極部７３に対して、導電性接着剤７４を介して片持ち式に接合されている。この電極部７３は、圧電振動子３１−１の実装端子である外部接続端子３６，３７と、パッケージ３２内を通る導電スルーホールや、キャスタレーションを利用して引き回す導電パターン等（図示せず）により接続されている。 In this embodiment, the configuration of the package 32 that is a container for the piezoelectric vibrator 31-1 is different from that of the first embodiment, and the other configurations are the same.
In the piezoelectric vibrator 31-1, the second substrate 35-1 is a substrate for constituting a package, and does not constitute a piezoelectric vibrating piece.
The piezoelectric vibrating piece 39-1 is joined in a cantilever manner with a conductive adhesive 74 to an electrode portion 73 formed on the lower surface in the drawing of the second substrate 35-1. The electrode portion 73 includes external connection terminals 36 and 37 which are mounting terminals of the piezoelectric vibrator 31-1, a conductive through hole passing through the package 32, a conductive pattern drawn using castellation, and the like (not shown). Connected by.

本実施形態は以上のように構成されており、圧電振動子３１−１の構造が第１の実施形態と相違しているが、半導体装置５１との接合構造は同じであるから、共通の作用効果を発揮することができるものである。   The present embodiment is configured as described above, and the structure of the piezoelectric vibrator 31-1 is different from that of the first embodiment. However, since the bonding structure with the semiconductor device 51 is the same, the common action is achieved. An effect can be exhibited.

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態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。
圧電振動片は、図示した形状に限らず、矩形の圧電振動片や音叉型圧電振動片など各種の異なる形態とすることもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment. Each configuration of each embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with other configurations not shown.
The piezoelectric vibrating piece is not limited to the illustrated shape, and may be various different forms such as a rectangular piezoelectric vibrating piece and a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece.

本発明の第１の実施形態に係る圧電発振器の概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a piezoelectric oscillator according to a first embodiment of the present invention. 図１の圧電発振器のパッケージの上面図（平面図）。The top view (plan view) of the package of the piezoelectric oscillator of FIG. 本発明の第２の実施形態に係る圧電発振器の概略断面図。The schematic sectional drawing of the piezoelectric oscillator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る圧電発振器の概略断面図。The schematic sectional drawing of the piezoelectric oscillator which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図４の圧電発振器のパッケージの上面図（平面図）。The top view (plan view) of the package of the piezoelectric oscillator of FIG. 図４の圧電発振器のパッケージの上面図（平面図）。The top view (plan view) of the package of the piezoelectric oscillator of FIG. 図１の圧電発振器の製造方法の実施形態に関する工程図。FIG. 2 is a process diagram relating to an embodiment of a method for manufacturing the piezoelectric oscillator of FIG. 1. 図１の圧電発振器の製造方法の実施形態に関する工程図。FIG. 2 is a process diagram relating to an embodiment of a method for manufacturing the piezoelectric oscillator of FIG. 1. 本発明の第４の実施形態に係る圧電発振器の概略断面図。The schematic sectional drawing of the piezoelectric oscillator which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

３０・・・圧電発振器、３１・・・圧電振動子、３２・・・収容容器（パッケージ）、３３・・・第１の基板、３４・・・第２の基板、３５・・・圧電振動片、５１・・・半導体装置、３６，３７・・・外部接続端子、３８・・・切除部（キャスタレーション部）   DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Piezoelectric oscillator, 31 ... Piezoelectric vibrator, 32 ... Container (package), 33 ... First substrate, 34 ... Second substrate, 35 ... Piezoelectric vibrating piece , 51... Semiconductor device, 36, 37... External connection terminal, 38.

Claims (6)

圧電振動片を収容容器内に封止した圧電振動子と、該圧電振動子を発振させる発振回路を備える半導体装置とを有し、前記収容容器の表面に前記半導体装置を接合した圧電発振器であって、
前記収容容器は、前記半導体装置に接続する外部接続端子、及び該収容容器の側面に形成された切除部を有しており、
前記外部接続端子は、前記収容容器が前記半導体装置と対向する領域、及び前記切除部に形成されており、
前記半導体装置は、前記収容容器と対向する面に接続端子を有しており、
前記半導体装置の接続端子と、前記収容容器の外部接続端子とは、導電性の材料により接続されている
ことを特徴とする圧電発振器。 A piezoelectric oscillator having a piezoelectric vibrator in which a piezoelectric vibrating piece is sealed in a container and a semiconductor device including an oscillation circuit for oscillating the piezoelectric vibrator, and the semiconductor device being bonded to the surface of the container. And
The storage container has an external connection terminal connected to the semiconductor device, and a cut portion formed on a side surface of the storage container,
The external connection terminal is formed in a region where the container is opposed to the semiconductor device, and the cut portion,
The semiconductor device has a connection terminal on a surface facing the container,
The piezoelectric oscillator, wherein the connection terminal of the semiconductor device and the external connection terminal of the container are connected by a conductive material. 前記収容容器は、複数の前記外部接続端子を有し、該収容容器が前記半導体装置と対向する前記領域において、前記複数の外部接続端子どうしの間に凹部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。   The storage container includes a plurality of the external connection terminals, and a recess is provided between the plurality of external connection terminals in the region where the storage container faces the semiconductor device. The piezoelectric oscillator according to 1. 前記半導体装置の外側面が、下降するにしたがって、徐々に内側に入り込む傾斜面とされていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の圧電発振器。   3. The piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein an outer surface of the semiconductor device is an inclined surface that gradually enters inside as the semiconductor device descends. 前記圧電振動子は、水晶製の第１および第２の基板と、前記圧電振動片ならびに前記第１および前記第２の基板に接合された枠部が一体に形成された水晶製の基板と、を有す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発振器。   The piezoelectric vibrator includes a first and second substrates made of quartz, a quartz substrate in which a frame joined to the piezoelectric vibrating piece and the first and second substrates is integrally formed, The piezoelectric oscillator according to claim 1, comprising: 前記圧電振動片は、逆メサ型の振動片であることを特徴とする請求項４に記載の圧電発振器。   The piezoelectric oscillator according to claim 4, wherein the piezoelectric vibrating piece is an inverted mesa type vibrating piece. 上基板、下基板、および振動片基板を用意する工程と、
前記上基板に複数の切除部を形成する工程と、
前記上基板、前記下基板および振動片基板の形状を加工する工程、ならびに電極膜を形成する工程と、
前記上基板、前記振動片基板および前記下基板を積層して接合する工程と、
前記接合する工程の後に、前記上基板上に複数の半導体装置を接合する工程と、
前記積層基板を切断分離し、複数の圧電発振器とする工程と
を備える
ことを特徴とする圧電発振器の製造方法。 Preparing an upper substrate, a lower substrate, and a vibrating piece substrate;
Forming a plurality of cut portions in the upper substrate;
A step of processing the shapes of the upper substrate, the lower substrate and the vibrating piece substrate, and a step of forming an electrode film;
Stacking and bonding the upper substrate, the vibrating piece substrate and the lower substrate;
A step of bonding a plurality of semiconductor devices on the upper substrate after the bonding step;
And a step of cutting and separating the laminated substrate to form a plurality of piezoelectric oscillators.
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