JP2017208798A - Crystal oscillator and method of manufacturing crystal oscillator - Google Patents

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大裕 國友
Daisuke Kunitomo
大裕 國友
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    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
    • H03L1/02—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
    • H03L1/04—Constructional details for maintaining temperature constant

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the frequency accuracy of a crystal oscillator having a temperature sensor.SOLUTION: A crystal oscillator includes: a crystal vibration piece 20; a semiconductor chip 30 having an oscillation circuit 321 for oscillating the crystal vibration piece 20 and first bumps 343 connected with the oscillation circuit 321 and provided on a crystal vibration piece 20 side surface; and a temperature sensor device 40 joined to the first bumps 343. The semiconductor chip 30 has multiple wire bonding pads 35 provided at both sides of each first bump 343 on the crystal vibration piece 20 side surface.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水晶発振器及び水晶発振器の製造方法に関する。   The present invention relates to a crystal oscillator and a method for manufacturing a crystal oscillator.

従来、水晶振動片を備えた水晶発振器として、水晶振動片と、温度センサ及び温度補償回路を有するＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；温度補償型水晶発振器）が知られている。また、水晶振動片、温度センサ、ヒーター回路、及び温度制御回路を有するＯＣＸＯ（Ｏｖｅｎ Ｃｏｎｔｒоｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；恒温槽付水晶発振器）も知られている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, a TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator) having a crystal resonator element, a temperature sensor, and a temperature compensation circuit is known as a crystal oscillator including the crystal resonator element. An OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator) having a crystal resonator element, a temperature sensor, a heater circuit, and a temperature control circuit is also known (see, for example, Patent Document 1).

図９は、従来の水晶発振器８００の断面図である。従来の水晶発振器８００は、パッケージ８１０内に、水晶振動片８２０、半導体チップ８３０が封入されている。水晶振動片８２０は、導電性接続部８５０によってパッケージ８１０に固定されている。半導体チップ８３０は、その内部に、温度センサデバイス８４０、発振回路８３２を含む内部回路８３１を有している。温度センサデバイス８４０は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ポリイミド保護膜を挟んで水晶振動片８２０と熱結合されている。 FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional crystal oscillator 800. In a conventional crystal oscillator 800, a crystal vibrating piece 820 and a semiconductor chip 830 are enclosed in a package 810. The crystal vibrating piece 820 is fixed to the package 810 by the conductive connection portion 850. The semiconductor chip 830 has an internal circuit 831 including a temperature sensor device 840 and an oscillation circuit 832 therein. The temperature sensor device 840 is thermally coupled to the crystal vibrating piece 820 with a SiO 2 , SiN, and polyimide protective film interposed therebetween.

特開２０１０−１２４３４８号公報JP 2010-124348 A

ＴＣＸＯ及びＯＣＸＯ等のように、温度センサで検出した温度に基づいて発振回路を制御する水晶発振器においては、発振周波数の精度を向上させるために、水晶振動片付近の温度をできるだけ高い精度で測定することが求められる。しかしながら、従来の水晶発振器８００では、温度センサデバイス８４０と水晶振動片８２０の間に複数種の熱伝達が悪い物質が構成されているために熱伝達モデルが複雑になり、水晶振動片付近の温度の検出精度を向上させることが困難であった。その結果、周波数温度補償の誤差が拡大するので、発振信号の周波数精度が低下するという問題が生じていた。   In a crystal oscillator that controls an oscillation circuit based on the temperature detected by a temperature sensor, such as TCXO and OCXO, in order to improve the accuracy of the oscillation frequency, the temperature near the crystal vibrating piece is measured with the highest possible accuracy. Is required. However, in the conventional crystal oscillator 800, since a plurality of types of materials having poor heat transfer are configured between the temperature sensor device 840 and the crystal vibrating piece 820, the heat transfer model becomes complicated, and the temperature near the crystal vibrating piece is reduced. It was difficult to improve the detection accuracy. As a result, the error in frequency temperature compensation is increased, which causes a problem that the frequency accuracy of the oscillation signal is lowered.

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、温度センサを有する水晶発振器が出力する発振信号の周波数精度を向上させることを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to improve the frequency accuracy of an oscillation signal output from a crystal oscillator having a temperature sensor.

本発明の第１の態様においては、水晶振動片と、前記水晶振動片を発振させるための発振回路と、前記発振回路に接続され、前記水晶振動片の側の面に設けられた第１バンプと、を有する半導体チップと、前記第１バンプに接合された温度センサと、を有する水晶発振器を提供する。   In the first aspect of the present invention, the quartz crystal vibrating piece, the oscillation circuit for causing the quartz crystal vibrating piece to oscillate, and the first bump connected to the oscillation circuit and provided on the surface of the quartz crystal vibrating piece side And a temperature sensor bonded to the first bump.

前記半導体チップは、前記水晶振動片の側の面における前記第１バンプの両側に設けられた複数のワイヤボンディング用パッドを有していてもよい。   The semiconductor chip may have a plurality of wire bonding pads provided on both sides of the first bump on the surface of the crystal vibrating piece.

前記半導体チップは、前記水晶振動片の側の面に設けられた第２バンプをさらに有し、前記水晶発振器は、前記第２バンプに接合されたヒーターをさらに有していてもよい。   The semiconductor chip may further include a second bump provided on the surface of the crystal vibrating piece, and the crystal oscillator may further include a heater bonded to the second bump.

前記半導体チップは、前記温度センサを覆う位置に前記水晶振動片を固定するための導電性接続部をさらに有していてもよい。   The semiconductor chip may further include a conductive connection portion for fixing the crystal vibrating piece at a position covering the temperature sensor.

前記水晶発振器は、前記半導体チップの前記第１バンプが設けられた面の反対側の面に設けられた断熱性部材をさらに有していてもよい。   The crystal oscillator may further include a heat insulating member provided on a surface opposite to the surface on which the first bump of the semiconductor chip is provided.

本発明の第２の態様においては、半導体ウェハを準備する工程と、前記半導体ウェハに複数の第１バンプを形成する工程と、前記半導体ウェハを、それぞれが前記第１バンプを含む複数の半導体チップに分割する工程と、前記第１バンプに温度センサを接合させる工程と、前記温度センサを接合させる工程の後に、前記温度センサを覆う位置に水晶振動片を固定する工程と、を有する水晶発振器の製造方法を提供する。   In a second aspect of the present invention, a step of preparing a semiconductor wafer, a step of forming a plurality of first bumps on the semiconductor wafer, and a plurality of semiconductor chips each including the first bumps. And a step of bonding a temperature sensor to the first bump, and a step of fixing a crystal vibrating piece at a position covering the temperature sensor after the step of bonding the temperature sensor. A manufacturing method is provided.

前記水晶発振器の製造方法においては、前記半導体ウェハの、前記複数の第１バンプが形成された面に第２バンプを形成する工程と、前記第２バンプにヒーターを接合させる工程と、をさらに有していてもよい。   The method for manufacturing a crystal oscillator further includes a step of forming a second bump on the surface of the semiconductor wafer on which the plurality of first bumps are formed, and a step of bonding a heater to the second bump. You may do it.

前記水晶発振器の製造方法においては、前記半導体ウェハの前記複数の第１バンプが形成された面の反対側の面に断熱性部材を形成する工程をさらに有していてもよい。   The method for manufacturing the crystal oscillator may further include a step of forming a heat insulating member on a surface of the semiconductor wafer opposite to the surface on which the plurality of first bumps are formed.

前記水晶発振器の製造方法においては、前記半導体ウェハの１つの面に断熱性部材を形成する工程をさらに有し、前記複数の第１バンプを形成する工程において、前記断熱性部材を形成した面と反対側の面に前記複数の第１バンプを形成してもよい。   In the method for manufacturing the crystal oscillator, the method further includes a step of forming a heat insulating member on one surface of the semiconductor wafer, and the step of forming the plurality of first bumps includes a surface on which the heat insulating member is formed. The plurality of first bumps may be formed on the opposite surface.

本発明によれば、水晶振動片と温度センサ及びヒーターデバイス間の熱結合が向上し、水晶発振器の周波数精度が向上する。   According to the present invention, the thermal coupling between the crystal resonator element, the temperature sensor, and the heater device is improved, and the frequency accuracy of the crystal oscillator is improved.

第１の実施形態に係る水晶発振器１の内部構成図である。1 is an internal configuration diagram of a crystal oscillator 1 according to a first embodiment. 温度センサデバイス４０周辺部の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of the periphery of a temperature sensor device 40. 第２の実施形態に係る水晶発振器１の内部構成図である。It is an internal block diagram of the crystal oscillator 1 which concerns on 2nd Embodiment. ヒーターデバイス６０周辺部の拡大図である。It is an enlarged view of a heater device 60 periphery. 第３の実施形態に係る水晶発振器１の内部構成図である。It is an internal block diagram of the crystal oscillator 1 which concerns on 3rd Embodiment. 第４の実施形態に係る水晶発振器１の内部構成図である。It is an internal block diagram of the crystal oscillator 1 which concerns on 4th Embodiment. 第４の実施形態の変形例に係る水晶発振器１の内部構成図（その１）である。It is an internal block diagram (the 1) of the crystal oscillator 1 which concerns on the modification of 4th Embodiment. 第４の実施形態の変形例に係る水晶発振器１の内部構成図（その２）である。It is an internal block diagram (the 2) of the crystal oscillator 1 which concerns on the modification of 4th Embodiment. 従来の水晶発振器８００の断面図である。It is sectional drawing of the conventional crystal oscillator 800.

＜第１の実施形態＞
［第１の実施形態に係る水晶発振器１の構成］
図１は、第１の実施形態に係る水晶発振器１の内部構成図である。図１（ａ）は、第１の実施形態に係る水晶発振器１の配置図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 <First Embodiment>
[Configuration of Crystal Oscillator 1 According to First Embodiment]
FIG. 1 is an internal configuration diagram of a crystal oscillator 1 according to the first embodiment. FIG. 1A is a layout diagram of the crystal oscillator 1 according to the first embodiment. FIG.1 (b) is XX sectional drawing of Fig.1 (a).

第１の実施形態に係る水晶発振器１は、ＴＣＸＯ（温度補償型水晶発振器）である。水晶発振器１は、パッケージ１０内に、水晶振動片２０、半導体チップ３０、及び温度センサデバイス４０が封入されている。水晶振動片２０は、導電性接続部５０によってパッケージ１０に固定されている。   The crystal oscillator 1 according to the first embodiment is a TCXO (temperature compensated crystal oscillator). In the crystal oscillator 1, a crystal vibrating piece 20, a semiconductor chip 30, and a temperature sensor device 40 are enclosed in a package 10. The quartz crystal vibrating piece 20 is fixed to the package 10 by the conductive connection part 50.

半導体チップ３０は、温度センサデバイス４０が検出した温度に基づいて定められる周波数で水晶振動片２０を発振させる回路を有する半導体のベアチップである。温度センサデバイス４０は、周囲の温度を検出し、検出した温度を示すデータを出力するデバイスであり、例えば、サーミスタである。温度センサデバイス４０は、半導体チップ３０の上面中央部に固定されている。温度センサデバイス４０は、水晶振動片２０に面した位置に固定されており、水晶振動片２０の近傍の温度を測定する。   The semiconductor chip 30 is a semiconductor bare chip having a circuit that oscillates the crystal vibrating piece 20 at a frequency determined based on the temperature detected by the temperature sensor device 40. The temperature sensor device 40 is a device that detects the ambient temperature and outputs data indicating the detected temperature, and is, for example, a thermistor. The temperature sensor device 40 is fixed to the center of the upper surface of the semiconductor chip 30. The temperature sensor device 40 is fixed at a position facing the crystal vibrating piece 20 and measures the temperature in the vicinity of the crystal vibrating piece 20.

以下、半導体チップ３０の構造、及び半導体チップ３０と温度センサデバイス４０との接続形態について詳細に説明する。半導体チップ３０は、Ｓｉ基板３１と、内部回路３２と、保護層３３と、第１接続部３４と、複数のワイヤボンディング用パッド３５とを有する。   Hereinafter, the structure of the semiconductor chip 30 and the connection form between the semiconductor chip 30 and the temperature sensor device 40 will be described in detail. The semiconductor chip 30 includes a Si substrate 31, an internal circuit 32, a protective layer 33, a first connection portion 34, and a plurality of wire bonding pads 35.

Ｓｉ基板３１は、シリコン（Ｓｉ）により形成されたベース基板である。内部回路３２は、Ｓｉ基板３１をベース基板として形成されており、発振回路３２１及び温度検出回路３２２を含んでいる。発振回路３２１は、水晶振動片２０を発振させる発振信号を生成するための回路である。温度検出回路３２２は、温度センサデバイス４０が検出した温度に基づいて、発振回路３２１が出力する発振信号の周波数を制御するための温度補償機能を有する。   The Si substrate 31 is a base substrate formed of silicon (Si). The internal circuit 32 is formed using the Si substrate 31 as a base substrate, and includes an oscillation circuit 321 and a temperature detection circuit 322. The oscillation circuit 321 is a circuit for generating an oscillation signal that oscillates the crystal vibrating piece 20. The temperature detection circuit 322 has a temperature compensation function for controlling the frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit 321 based on the temperature detected by the temperature sensor device 40.

保護層３３は、Ｓｉ基板３１の表面に形成されており、ＩＣ絶縁性保護膜（例えばＳｉＮ）及び保護樹脂（例えばポリイミド）を含んでいる。第１接続部３４は、内部回路３２と温度センサデバイス４０とを接続する。第１接続部３４は、半導体チップ３０の中央付近に設けられている。第１接続部３４の詳細については、後述する。   The protective layer 33 is formed on the surface of the Si substrate 31 and includes an IC insulating protective film (for example, SiN) and a protective resin (for example, polyimide). The first connection unit 34 connects the internal circuit 32 and the temperature sensor device 40. The first connection portion 34 is provided near the center of the semiconductor chip 30. Details of the first connection unit 34 will be described later.

複数のワイヤボンディング用パッド３５は、内部回路３２と、パッケージ１０に設けられた外部端子とを接続するワイヤを固定するための端子である。図１（ａ）に示すように、複数のワイヤボンディング用パッド３５は、水晶振動片２０の側の面における第１接続部３４の両側に設けられている。   The plurality of wire bonding pads 35 are terminals for fixing wires connecting the internal circuit 32 and external terminals provided in the package 10. As shown in FIG. 1A, the plurality of wire bonding pads 35 are provided on both sides of the first connection portion 34 on the surface on the crystal vibrating piece 20 side.

図２は、図１（ｂ）の温度センサデバイス４０周辺部の拡大図である。図２に示すように、保護層３３は、ＳｉＯ２絶縁膜３３１及び保護膜３３２を有する。第１接続部３４は、パッドメタル３４１、パッド開口部３４２及び第１バンプ３４３を有する。温度センサデバイス４０は、温度センサ４０１及び温度センサ接続端子４０２を有する。 FIG. 2 is an enlarged view of the periphery of the temperature sensor device 40 of FIG. As shown in FIG. 2, the protective layer 33 includes a SiO 2 insulating film 331 and a protective film 332. The first connection portion 34 includes a pad metal 341, a pad opening 342, and a first bump 343. The temperature sensor device 40 includes a temperature sensor 401 and a temperature sensor connection terminal 402.

ＳｉＯ２絶縁膜３３１は、金属配線３２３及びパッドメタル３４１を覆うように形成されている。保護膜３３２は、例えば、ＳｉＮ又はＳｉＮ上にポリイミドを重ねた構造をしており、ＳｉＯ２絶縁膜３３１を覆うように形成されている。 The SiO 2 insulating film 331 is formed so as to cover the metal wiring 323 and the pad metal 341. The protective film 332 has, for example, a structure in which polyimide is stacked on SiN or SiN, and is formed so as to cover the SiO 2 insulating film 331.

パッドメタル３４１は、金属配線３２３と第１バンプ３４３との間に形成され、金属配線３２３と第１バンプ３４３とを電気的に接続するための金属製の端子である。パッド開口部３４２は、保護層３３に形成された開口である。第１バンプ３４３は、例えば、Ａｕ等の金属であり、半導体チップ３０上の水晶振動片２０側の面に設けられている。第１バンプ３４３は、パッド開口部３４２内に設けられており、温度センサデバイス４０とパッドメタル３４１とを電気的に接続する。   The pad metal 341 is formed between the metal wiring 323 and the first bump 343 and is a metal terminal for electrically connecting the metal wiring 323 and the first bump 343. The pad opening 342 is an opening formed in the protective layer 33. The first bump 343 is, for example, a metal such as Au, and is provided on the surface of the semiconductor chip 30 on the crystal vibrating piece 20 side. The first bump 343 is provided in the pad opening 342 and electrically connects the temperature sensor device 40 and the pad metal 341.

温度センサ４０１は、周囲の温度を検出し、検出した温度を示すデータを出力する素子である。温度センサ接続端子４０２は、温度センサ４０１に設けられている金属製の接続端子である。温度センサ４０１は、温度センサ接続端子４０２、第１バンプ３４３、パッドメタル３４１、金属配線３２３を介して温度検出回路３２２と接続されている。温度センサ接続端子４０２を第１バンプ３４３に接合する場合、温度センサ接続端子４０２をワイヤボンディング用パッド３５にワイヤボンディング接合する場合に比べて、温度センサデバイス４０を半導体チップ３０上に接合する際の実装面積を減らすことができる。また、温度センサデバイス４０と半導体チップ３０との間の配線を短くすることができることから、電気的特性を向上させることができる。   The temperature sensor 401 is an element that detects the ambient temperature and outputs data indicating the detected temperature. The temperature sensor connection terminal 402 is a metal connection terminal provided in the temperature sensor 401. The temperature sensor 401 is connected to the temperature detection circuit 322 via the temperature sensor connection terminal 402, the first bump 343, the pad metal 341, and the metal wiring 323. When the temperature sensor connection terminal 402 is bonded to the first bump 343, the temperature sensor device 40 is bonded to the semiconductor chip 30 as compared with the case where the temperature sensor connection terminal 402 is bonded to the wire bonding pad 35. The mounting area can be reduced. In addition, since the wiring between the temperature sensor device 40 and the semiconductor chip 30 can be shortened, the electrical characteristics can be improved.

このように、温度センサデバイス４０が半導体チップ３０に第１バンプ３４３を介して接合されていることにより、水晶振動片２０と温度センサデバイス４０は、パッケージ１０内部の充填ガスを介して互いに近接することができる。この結果、従来よりも水晶振動片２０の温度を精度良く計測することが可能となり、水晶発振器１の周波数精度の向上に寄与することができる。   As described above, since the temperature sensor device 40 is bonded to the semiconductor chip 30 via the first bump 343, the crystal vibrating piece 20 and the temperature sensor device 40 are close to each other via the filling gas inside the package 10. be able to. As a result, it is possible to measure the temperature of the crystal vibrating piece 20 with higher accuracy than before, and contribute to the improvement of the frequency accuracy of the crystal oscillator 1.

［第１の実施形態に係る水晶発振器１の製造方法］
以下、水晶発振器１を製造する方法について説明する。まず、半導体ウェハを準備し、内部回路３２、保護層３３、パッドメタル３４１及びパッド開口部３４２等を形成した半導体ウェハに複数の第１バンプ３４３を形成する。次に、半導体ウェハを、それぞれが第１バンプ３４３を含む複数の半導体チップ３０に分割し、第１バンプ３４３に温度センサデバイス４０を接合させる。例えば、第１バンプ３４３に温度センサデバイス４０を載置した後に、超音波を印加しつつ温度センサデバイス４０を押す力を印加することにより、第１バンプ３４３に温度センサデバイス４０を接合させることができる。又は、第１バンプ３４３を形成した半導体ウェハに温度センサデバイス４０を接合した後に半導体チップ３０に分割する方法もある。 [Method for Manufacturing Crystal Oscillator 1 according to First Embodiment]
Hereinafter, a method for manufacturing the crystal oscillator 1 will be described. First, a semiconductor wafer is prepared, and a plurality of first bumps 343 are formed on the semiconductor wafer on which the internal circuit 32, the protective layer 33, the pad metal 341, the pad opening 342, and the like are formed. Next, the semiconductor wafer is divided into a plurality of semiconductor chips 30 each including a first bump 343, and the temperature sensor device 40 is bonded to the first bump 343. For example, after the temperature sensor device 40 is placed on the first bump 343, the temperature sensor device 40 can be bonded to the first bump 343 by applying a force that pushes the temperature sensor device 40 while applying ultrasonic waves. it can. Alternatively, there is a method in which the temperature sensor device 40 is bonded to the semiconductor wafer on which the first bumps 343 are formed and then divided into the semiconductor chips 30.

そして、第１バンプ３４３に温度センサデバイス４０を接合させた後に、パッケージ１０に半導体チップ３０を接合して、ワイヤボンディング用パッド３５にワイヤボンディングを行い、温度センサデバイス４０を覆う位置に水晶振動片２０を固定する。したがって、本製造方法によれば、バンプ接合工程を利用して温度センサデバイス４０と半導体チップ３０を電気的に接続することが可能であり、標準的なプロセスフローで製造した半導体チップで第１の実施形態に係る水晶発振器１を製造することができる。   Then, after the temperature sensor device 40 is bonded to the first bump 343, the semiconductor chip 30 is bonded to the package 10, wire bonding is performed to the wire bonding pad 35, and the crystal vibrating piece is disposed at a position covering the temperature sensor device 40. 20 is fixed. Therefore, according to this manufacturing method, it is possible to electrically connect the temperature sensor device 40 and the semiconductor chip 30 using the bump bonding process, and the first semiconductor chip manufactured by a standard process flow is used. The crystal oscillator 1 according to the embodiment can be manufactured.

［第１の実施形態に係る水晶発振器１による効果］
以上説明したように、第１の実施形態に係る水晶発振器１は、温度センサデバイス４０が半導体チップ３０の上面において、第１バンプ３４３により接合されている。この結果、水晶振動片２０と温度センサデバイス４０は近接し、従来よりも水晶振動片２０の温度を精度良く測定することが可能となり、周波数精度の向上に寄与することができる。また、温度センサデバイス４０を半導体チップ３０に対してバンプを用いて接合することにより、水晶発振器１を小型化することができる。 [Effects of the crystal oscillator 1 according to the first embodiment]
As described above, in the crystal oscillator 1 according to the first embodiment, the temperature sensor device 40 is bonded to the upper surface of the semiconductor chip 30 by the first bumps 343. As a result, the quartz crystal vibrating piece 20 and the temperature sensor device 40 are close to each other, and the temperature of the quartz crystal vibrating piece 20 can be measured with higher accuracy than before, which can contribute to improvement in frequency accuracy. Further, the crystal oscillator 1 can be reduced in size by bonding the temperature sensor device 40 to the semiconductor chip 30 using bumps.

＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係る水晶発振器１の内部構成図である。図３（ａ）は、第２の実施形態に係る水晶発振器１の配置図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 <Second Embodiment>
FIG. 3 is an internal configuration diagram of the crystal oscillator 1 according to the second embodiment. FIG. 3A is a layout diagram of the crystal oscillator 1 according to the second embodiment. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.

第２の実施形態に係る水晶発振器１は、ＯＣＸＯ（恒温槽付水晶発振器）である。第２の実施形態に係る水晶発振器１は、第１の実施形態に係る水晶発振器１の構成と比べて、水晶発振器１が、ヒーター回路３２４、第２接続部３６、ヒーターデバイス６０を有する点で異なる。   The crystal oscillator 1 according to the second embodiment is an OCXO (quartz crystal oscillator). The crystal oscillator 1 according to the second embodiment is different from the configuration of the crystal oscillator 1 according to the first embodiment in that the crystal oscillator 1 includes a heater circuit 324, a second connection unit 36, and a heater device 60. Different.

ヒーター回路３２４は、内部回路３２に含まれており、ヒーターデバイス６０の温度を制御するための回路である。第２接続部３６は、内部回路３２とヒーターデバイス６０とを接続する。図３に示す例においては、２つの第２接続部３６が、第１接続部３４の両側に設けられている。第２接続部３６の詳細については、後述する。   The heater circuit 324 is included in the internal circuit 32 and is a circuit for controlling the temperature of the heater device 60. The second connection unit 36 connects the internal circuit 32 and the heater device 60. In the example shown in FIG. 3, two second connection portions 36 are provided on both sides of the first connection portion 34. Details of the second connecting portion 36 will be described later.

ヒーターデバイス６０は、熱を発することにより周囲の温度を制御するデバイスであり、例えば、抵抗である。図３に示す例においては、水晶発振器１が、それぞれ第２接続部３６に接合された２つのヒーターデバイス６０を有しており、２つのヒーターデバイス６０は、半導体チップ３０の上面における、温度センサデバイス４０の両側に固定されている。ヒーターデバイス６０は、水晶振動片２０に面した位置に固定されており、水晶振動片２０の近傍の温度を制御する。   The heater device 60 is a device that controls the ambient temperature by generating heat, and is, for example, a resistor. In the example shown in FIG. 3, the crystal oscillator 1 has two heater devices 60 each bonded to the second connection portion 36, and the two heater devices 60 are temperature sensors on the upper surface of the semiconductor chip 30. It is fixed on both sides of the device 40. The heater device 60 is fixed at a position facing the crystal vibrating piece 20 and controls the temperature in the vicinity of the crystal vibrating piece 20.

図４は、図３（ｂ）のヒーターデバイス６０周辺部の拡大図である。第２接続部３６は、第１接続部３４と同様の構成であり、パッドメタル３４１、パッド開口部３４２、第２バンプ３６１を有する。ヒーターデバイス６０は、ヒーター６０１とヒーター接続端子６０２を有する。   FIG. 4 is an enlarged view of the periphery of the heater device 60 of FIG. The second connection portion 36 has the same configuration as the first connection portion 34, and includes a pad metal 341, a pad opening 342, and a second bump 361. The heater device 60 includes a heater 601 and a heater connection terminal 602.

第２バンプ３６１は、第１バンプ３４３と同様のものであり、例えば、Ａｕ等の金属であり、半導体チップ３０上の水晶振動片２０側の面に設けられる。第２バンプ３６１は、パッド開口部３４２内に設けられている。ヒーター６０１は、熱を発することにより周囲の温度を制御する素子である。ヒーター接続端子６０２は、ヒーター６０１に設けられている金属製の接続端子である。ヒーター６０１は、ヒーター接続端子６０２、第２バンプ３６１、パッドメタル３４１、金属配線３２３を介してヒーター回路３２４と接続されている。   The second bumps 361 are the same as the first bumps 343, and are, for example, a metal such as Au, and are provided on the surface of the semiconductor chip 30 on the crystal vibrating piece 20 side. The second bump 361 is provided in the pad opening 342. The heater 601 is an element that controls the ambient temperature by generating heat. The heater connection terminal 602 is a metal connection terminal provided in the heater 601. The heater 601 is connected to the heater circuit 324 via the heater connection terminal 602, the second bump 361, the pad metal 341, and the metal wiring 323.

［第２の実施形態に係る水晶発振器１の製造方法］
以下、第２の実施形態に係る水晶発振器１を製造する方法について、第１の実施形態に係る水晶発振器１の製造方法と異なる点について説明する。
第２バンプ形成工程においては、半導体ウェハ上に第１バンプ３４３を形成した後に、第１バンプ３４３が設けられた面に第２バンプ３６１を形成する。 [Method for Manufacturing Crystal Oscillator 1 According to Second Embodiment]
Hereinafter, the method for manufacturing the crystal oscillator 1 according to the second embodiment will be described with respect to differences from the method for manufacturing the crystal oscillator 1 according to the first embodiment.
In the second bump formation step, after forming the first bump 343 on the semiconductor wafer, the second bump 361 is formed on the surface on which the first bump 343 is provided.

ヒーター接合工程においては、例えば複数の半導体チップ３０に設けられた第１バンプに温度センサデバイス４０を接合した後に、第２バンプ３６１にヒーターデバイス６０を接合させる。これに限らず、ヒーター接合工程においては、複数の半導体チップ３０に設けられた第１バンプ３４３に温度センサデバイス４０を接合する前に、第２バンプ３６１にヒーターデバイス６０を接合させてもよい。ヒーター接合工程においては、例えば第２バンプ３６１にヒーターデバイス６０を載置した後に、超音波を印加しつつヒーターデバイス６０を押す力を印加することにより、第２バンプ３６１にヒーターデバイス６０を接合させる。
また、ヒーター接合工程では、半導体ウェハを複数の半導体チップ３０に分割する前に、第２バンプ３６１にヒーターデバイス６０を接合させてもよい。 In the heater bonding step, for example, after the temperature sensor device 40 is bonded to the first bumps provided on the plurality of semiconductor chips 30, the heater device 60 is bonded to the second bump 361. Not limited to this, in the heater bonding step, the heater device 60 may be bonded to the second bump 361 before the temperature sensor device 40 is bonded to the first bump 343 provided on the plurality of semiconductor chips 30. In the heater bonding step, for example, after the heater device 60 is placed on the second bump 361, the heater device 60 is bonded to the second bump 361 by applying a force pushing the heater device 60 while applying ultrasonic waves. .
In the heater bonding step, the heater device 60 may be bonded to the second bump 361 before the semiconductor wafer is divided into the plurality of semiconductor chips 30.

［第２の実施形態に係る水晶発振器１による効果］
水晶発振器１がこのような構成を有することにより、温度センサデバイス４０により水晶振動片２０の近傍の温度が測定され、かつ、ヒーターデバイス６０により温度の制御がおこなわれる。この結果、水晶振動片２０と、温度センサデバイス４０、及びヒーターデバイス６０間の熱結合が向上し、水晶発振器１の周波数精度を向上させることができる。 [Effects of Crystal Oscillator 1 according to Second Embodiment]
With the crystal oscillator 1 having such a configuration, the temperature sensor device 40 measures the temperature in the vicinity of the crystal vibrating piece 20 and the heater device 60 controls the temperature. As a result, the thermal coupling between the crystal resonator element 20, the temperature sensor device 40, and the heater device 60 is improved, and the frequency accuracy of the crystal oscillator 1 can be improved.

＜第３の実施形態＞
図５は、第３の実施形態に係る水晶発振器１の内部構成図である。図５（ａ）は、第３の実施形態に係る水晶発振器１の配置図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。第３の実施形態に係る水晶発振器１は、ＯＣＸＯである。第３の実施形態に係る水晶発振器１は、第２の実施形態に係る水晶発振器１の構成と比べて、水晶振動片２０は、導電性接続部５０によって半導体チップ３０上に直接固定されている点で異なる。導電性接続部５０は、導電性樹脂で形成されており、水晶振動片２０を半導体チップ３０に固定するとともに、水晶振動片２０を内部回路３２と電気的に接続する。 <Third Embodiment>
FIG. 5 is an internal configuration diagram of the crystal oscillator 1 according to the third embodiment. FIG. 5A is a layout diagram of the crystal oscillator 1 according to the third embodiment. FIG.5 (b) is XX sectional drawing of Fig.5 (a). The crystal oscillator 1 according to the third embodiment is an OCXO. Compared with the configuration of the crystal oscillator 1 according to the second embodiment, the crystal resonator element 20 according to the third embodiment is directly fixed on the semiconductor chip 30 by the conductive connection portion 50. It is different in point. The conductive connection portion 50 is formed of a conductive resin, and fixes the crystal vibrating piece 20 to the semiconductor chip 30 and electrically connects the crystal vibrating piece 20 to the internal circuit 32.

このような構成とすることにより、パッケージ１０に導電性接続部５０と半導体チップ３０上のパッド電極とを接続するための配線が不要となるため、パッケージ１０のサイズを縮小することができる。この結果、水晶発振器１を小型化させることができる。   With such a configuration, wiring for connecting the conductive connection portion 50 and the pad electrode on the semiconductor chip 30 to the package 10 becomes unnecessary, and the size of the package 10 can be reduced. As a result, the crystal oscillator 1 can be reduced in size.

＜第４の実施形態＞
図６は、第４の実施形態に係る水晶発振器１の内部構成図である。図６（ａ）は、第４の実施形態に係る水晶発振器１の配置図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。第４の実施形態に係る水晶発振器１は、ＴＣＸＯである。第４の実施形態に係る水晶発振器１は、第１の実施形態に係る水晶発振器１の構成と比べて、断熱性部材としての断熱性膜３７を有する点で異なる。
水晶発振器１は、半導体チップ３０の第１バンプ３４３が設けられた面の反対側の面に設けられた断熱性膜３７を有する。断熱性膜３７は、例えばＳｉＯ２膜である。なお、断熱性膜３７は、他の断熱性素材を使用した膜であってもよい。 <Fourth Embodiment>
FIG. 6 is an internal configuration diagram of the crystal oscillator 1 according to the fourth embodiment. FIG. 6A is a layout diagram of the crystal oscillator 1 according to the fourth embodiment. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. The crystal oscillator 1 according to the fourth embodiment is a TCXO. The crystal oscillator 1 according to the fourth embodiment is different from the configuration of the crystal oscillator 1 according to the first embodiment in that it has a heat insulating film 37 as a heat insulating member.
The crystal oscillator 1 has a heat insulating film 37 provided on the surface opposite to the surface on which the first bump 343 of the semiconductor chip 30 is provided. The heat insulating film 37 is, for example, a SiO 2 film. The heat insulating film 37 may be a film using another heat insulating material.

このような構成とすることにより、水晶発振器１は、半導体チップ３０と、パッケージ１０とを熱的に分離することができる。この結果、水晶発振器１は、パッケージ１０から外部の熱の影響を受けることなく、水晶振動片２０の温度を精度良く測定することが可能となり、周波数精度を向上することができる。   With such a configuration, the crystal oscillator 1 can thermally separate the semiconductor chip 30 and the package 10. As a result, the crystal oscillator 1 can accurately measure the temperature of the crystal vibrating piece 20 without being affected by external heat from the package 10, and the frequency accuracy can be improved.

（変形例１）
以上の説明においては、第１の実施形態に係るＴＣＸＯである水晶発振器１に断熱性膜３７を設けた例について説明した。しかし、これに限らず、第２の実施形態及び第３の実施形態に係るＯＣＸＯである水晶発振器１が、半導体チップ３０の第１バンプ３４３が設けられた面の反対側の面に設けられた断熱性膜３７を有していてもよい。 (Modification 1)
In the above description, the example in which the heat insulating film 37 is provided on the crystal oscillator 1 which is the TCXO according to the first embodiment has been described. However, the present invention is not limited to this, and the crystal oscillator 1 that is the OCXO according to the second embodiment and the third embodiment is provided on the surface opposite to the surface on which the first bump 343 of the semiconductor chip 30 is provided. The heat insulating film 37 may be included.

（変形例２）
図７及び図８は、第４の実施形態の変形例に係る水晶発振器１の内部構成図である。図７（ａ）は、第２の実施形態に係る水晶発振器１が断熱性膜３７を有する場合の水晶発振器１の配置図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。図８（ａ）は、第３の実施形態に係る水晶発振器１が断熱性膜３７を有する場合の水晶発振器１の配置図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。図７及び図８における水晶発振器１は、ＯＣＸＯである。図７及び図８における水晶発振器１は、半導体チップ３０の第１バンプ３４３が設けられた面の反対側の面に設けられた断熱性膜３７を有する。 (Modification 2)
7 and 8 are internal configuration diagrams of the crystal oscillator 1 according to a modification of the fourth embodiment. FIG. 7A is a layout diagram of the crystal oscillator 1 when the crystal oscillator 1 according to the second embodiment includes a heat insulating film 37. FIG.7 (b) is XX sectional drawing of Fig.7 (a). FIG. 8A is a layout diagram of the crystal oscillator 1 when the crystal oscillator 1 according to the third embodiment has a heat insulating film 37. FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. The crystal oscillator 1 in FIGS. 7 and 8 is an OCXO. The crystal oscillator 1 in FIGS. 7 and 8 has a heat insulating film 37 provided on the surface opposite to the surface on which the first bump 343 of the semiconductor chip 30 is provided.

（変形例３）
以上の説明においては、水晶発振器１の半導体チップ３０に断熱性膜３７を形成した例について説明したが、これに限らず、水晶発振器１のパッケージ１０内の底面に断熱性膜３７を形成してもよい。断熱性膜３７は、例えば、半導体チップ３０がパッケージ１０に接合される前に、パッケージ１０内の底面に対して形成される。半導体チップ３０は、パッケージ１０内の底面に形成された断熱性膜３７の上に接合される。また、水晶発振器１のパッケージ１０内の底面に、断熱性を有する板を断熱性部材として接着してもよい。 (Modification 3)
In the above description, the example in which the heat insulating film 37 is formed on the semiconductor chip 30 of the crystal oscillator 1 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the heat insulating film 37 is formed on the bottom surface in the package 10 of the crystal oscillator 1. Also good. For example, the heat insulating film 37 is formed on the bottom surface of the package 10 before the semiconductor chip 30 is bonded to the package 10. The semiconductor chip 30 is bonded onto the heat insulating film 37 formed on the bottom surface in the package 10. Further, a heat insulating plate may be bonded as a heat insulating member to the bottom surface in the package 10 of the crystal oscillator 1.

［第４の実施形態に係る水晶発振器１の製造方法］
以下、断熱性膜３７を有する水晶発振器１を製造する方法について、第１の実施形態及び第２の実施形態に係る水晶発振器１の製造方法と異なる点について説明する。断熱性膜形成工程においては、例えば半導体ウェハに複数の第１バンプ３４３を形成した後に、複数の第１バンプ３４３を形成した面の反対側の面に断熱性膜３７を形成する。断熱性膜形成工程において、例えばＳｉＯ２膜形成装置を用いて、断熱性膜３７としてＳｉＯ２膜を形成する。なお、断熱性膜形成工程において、半導体ウェハに複数の第１バンプ３４３を形成する前に、半導体ウェハの１つの面に断熱性膜３７を形成してもよい。この場合、半導体ウェハの断熱性膜３７を形成した後に、断熱性膜３７を形成した面と反対側の面に、複数の第１バンプ３４３を形成する。 [Method for Manufacturing Crystal Oscillator 1 according to Fourth Embodiment]
Hereinafter, a method for manufacturing the crystal oscillator 1 having the heat insulating film 37 will be described in terms of differences from the method for manufacturing the crystal oscillator 1 according to the first embodiment and the second embodiment. In the heat insulating film forming step, for example, after forming the plurality of first bumps 343 on the semiconductor wafer, the heat insulating film 37 is formed on the surface opposite to the surface on which the plurality of first bumps 343 are formed. In the heat insulating film forming step, a SiO 2 film is formed as the heat insulating film 37 using, for example, a SiO 2 film forming apparatus. In the heat insulating film forming step, the heat insulating film 37 may be formed on one surface of the semiconductor wafer before forming the plurality of first bumps 343 on the semiconductor wafer. In this case, after forming the heat insulating film 37 of the semiconductor wafer, a plurality of first bumps 343 are formed on the surface opposite to the surface on which the heat insulating film 37 is formed.

断熱性膜形成工程においては、半導体ウェハを複数の半導体チップ３０に分割した後に、断熱性膜３７を形成してもよい。また、断熱性膜形成工程においては、ＳｉＯ２だけでなく、他の断熱性素材を用いて断熱性膜を形成してもよい。また、さらに、断熱性膜形成工程においては、半導体チップ３０の第１バンプ３４３が設けられた面の反対側の面に、断熱性の板を接着することで、断熱性膜３７としてもよい。 In the heat insulating film forming step, the heat insulating film 37 may be formed after the semiconductor wafer is divided into a plurality of semiconductor chips 30. In the heat insulating film forming step, the heat insulating film may be formed using not only SiO 2 but also other heat insulating materials. Further, in the heat insulating film forming step, the heat insulating film 37 may be formed by adhering a heat insulating plate to the surface opposite to the surface on which the first bump 343 of the semiconductor chip 30 is provided.

［第４の実施形態に係る水晶発振器１による効果］
このような構成とすることにより、第４の実施形態に係る水晶発振器１は、外部の環境と熱的に分離することで、水晶振動片２０に対するパッケージ１０外部の温度の影響を低減することができるので、水晶発振器１の周波数精度を向上することができる。また、水晶発振器１は、ヒーター６０１が発した熱がパッケージ１０の外部へ放出されることを抑制できるので、効率よく加温することができる。 [Effects of Crystal Oscillator 1 according to Fourth Embodiment]
By adopting such a configuration, the crystal oscillator 1 according to the fourth embodiment is able to reduce the influence of the temperature outside the package 10 on the crystal resonator element 20 by being thermally separated from the external environment. Therefore, the frequency accuracy of the crystal oscillator 1 can be improved. In addition, since the crystal oscillator 1 can suppress the heat generated by the heater 601 from being released to the outside of the package 10, the crystal oscillator 1 can be efficiently heated.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

１・・・水晶発振器
１０・・・パッケージ
２０・・・水晶振動片
３０・・・半導体チップ
３１・・・Ｓｉ基板
３２・・・内部回路
３２１・・・発振回路
３２２・・・温度検出回路
３２３・・・金属配線
３２４・・・ヒーター回路
３３・・・保護層
３３１・・・ＳｉＯ２絶縁膜
３３２・・・保護膜
３４・・・第１接続部
３４１・・・パッドメタル
３４２・・・パッド開口部
３４３・・・第１バンプ
３５・・・ワイヤボンディング用パッド
３６・・・第２接続部
３６１・・・第２バンプ
３７・・・断熱性膜
４０・・・温度センサデバイス
４０１・・・温度センサ
４０２・・・温度センサ接続端子
５０・・・導電性接続部
６０・・・ヒーターデバイス
６０１・・・ヒーター
６０２・・・ヒーター接続端子
８００・・・従来の水晶発振器
８１０・・・パッケージ
８２０・・・水晶振動片
８３０・・・半導体チップ
８３１・・・内部回路
８３２・・・発振回路
８４０・・・温度センサデバイス
８５０・・・導電性接続部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crystal oscillator 10 ... Package 20 ... Crystal oscillation piece 30 ... Semiconductor chip 31 ... Si substrate 32 ... Internal circuit 321 ... Oscillation circuit 322 ... Temperature detection circuit 323 ... Metal wiring 324 ... Heater circuit 33 ... Protective layer 331 ... SiO 2 insulating film 332 ... Protective film 34 ... First connection part 341 ... Pad metal 342 ... Pad Opening 343 ... first bump 35 ... wire bonding pad 36 ... second connection part 361 ... second bump 37 ... heat insulating film 40 ... temperature sensor device 401 ... Temperature sensor 402 ... Temperature sensor connection terminal 50 ... Conductive connection 60 ... Heater device 601 ... Heater 602 ... Heater connection terminal 800 ... Conventional crystal oscillator 810 ... Package 820 ... Crystal vibrating piece 830 ... Semiconductor chip 831 ... Internal circuit 832 ... Oscillation circuit 840 ... Temperature sensor device 850 ... Conductive connection

Claims (9)

水晶振動片と、
前記水晶振動片を発振させるための発振回路と、前記発振回路に接続され、前記水晶振動片の側の面に設けられた第１バンプと、を有する半導体チップと、
前記第１バンプに接合された温度センサと、
を有する水晶発振器。 A crystal resonator element,
A semiconductor chip having an oscillation circuit for oscillating the quartz crystal resonator element, and a first bump connected to the oscillator circuit and provided on a surface of the crystal resonator element side;
A temperature sensor bonded to the first bump;
A crystal oscillator. 前記半導体チップは、前記水晶振動片の側の面における前記第１バンプの両側に設けられた複数のワイヤボンディング用パッドを有する、
請求項１に記載の水晶発振器。 The semiconductor chip has a plurality of wire bonding pads provided on both sides of the first bump on the surface of the crystal vibrating piece side,
The crystal oscillator according to claim 1. 前記半導体チップは、前記水晶振動片の側の面に設けられた第２バンプをさらに有し、
前記水晶発振器は、前記第２バンプに接合されたヒーターをさらに有する、
請求項１又は２に記載の水晶発振器。 The semiconductor chip further includes a second bump provided on the surface of the quartz crystal vibrating piece,
The crystal oscillator further includes a heater bonded to the second bump.
The crystal oscillator according to claim 1 or 2. 前記半導体チップは、前記温度センサを覆う位置に前記水晶振動片を固定するための導電性接続部をさらに有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の水晶発振器。 The semiconductor chip further includes a conductive connection part for fixing the crystal vibrating piece at a position covering the temperature sensor.
The crystal oscillator according to any one of claims 1 to 3. 前記半導体チップの前記第１バンプが設けられた面の反対側の面に設けられた断熱性部材をさらに有する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の水晶発振器。 A heat insulating member provided on a surface opposite to the surface on which the first bump of the semiconductor chip is provided;
The crystal oscillator according to claim 1. 半導体ウェハを準備する工程と、
前記半導体ウェハに複数の第１バンプを形成する工程と、
前記半導体ウェハを、それぞれが前記第１バンプを含む複数の半導体チップに分割する工程と、
前記第１バンプに温度センサを接合させる工程と、
前記温度センサを接合させる工程の後に、前記温度センサを覆う位置に水晶振動片を固定する工程と、
を有する水晶発振器の製造方法。 Preparing a semiconductor wafer;
Forming a plurality of first bumps on the semiconductor wafer;
Dividing the semiconductor wafer into a plurality of semiconductor chips each including the first bump;
Bonding a temperature sensor to the first bump;
After the step of bonding the temperature sensor, fixing the quartz crystal vibrating piece at a position covering the temperature sensor;
A method of manufacturing a crystal oscillator having 前記半導体ウェハの、前記複数の第１バンプが形成された面に第２バンプを形成する工程と、
前記第２バンプにヒーターを接合させる工程と、
をさらに有する、
請求項６に記載の水晶発振器の製造方法。 Forming a second bump on the surface of the semiconductor wafer on which the plurality of first bumps are formed;
Bonding a heater to the second bump;
Further having
The manufacturing method of the crystal oscillator of Claim 6. 前記半導体ウェハの前記複数の第１バンプが形成された面の反対側の面に断熱性部材を形成する工程をさらに有する、
請求項６又は７に記載の水晶発振器の製造方法。 Further comprising a step of forming a heat insulating member on the surface of the semiconductor wafer opposite to the surface on which the plurality of first bumps are formed.
The manufacturing method of the crystal oscillator of Claim 6 or 7. 前記半導体ウェハの１つの面に断熱性部材を形成する工程をさらに有し、
前記複数の第１バンプを形成する工程において、前記断熱性部材を形成した面と反対側の面に前記複数の第１バンプを形成する、
請求項６又は７に記載の水晶発振器の製造方法。
Forming a heat insulating member on one surface of the semiconductor wafer;
In the step of forming the plurality of first bumps, the plurality of first bumps are formed on a surface opposite to the surface on which the heat insulating member is formed.
The manufacturing method of the crystal oscillator of Claim 6 or 7.
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