JP2019068287A - Piezoelectric vibrator - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、水晶振動子等の圧電振動子に関する。 The present disclosure relates to a piezoelectric vibrator such as a quartz vibrator.
温度センサを有する水晶振動子が知られている(例えば特許文献1)。特許文献1では、温度センサとして、ダイオード(半導体ダイオード。以下、同様。)を用いることを提案している。温度センサの検出値は、例えば、温度変化に起因する水晶素子の特性変化を補償する温度補償回路に利用される。
A quartz oscillator having a temperature sensor is known (for example, Patent Document 1).
温度を好適に検出することができる圧電振動子が提供されることが望まれる。 It is desirable to provide a piezoelectric vibrator capable of suitably detecting the temperature.
本開示の一態様に係る圧電振動子は、凹部を有しているパッケージと、前記凹部の開口を塞いで前記凹部内を気密封止している蓋体と、前記凹部に収容されているとともに前記凹部の内面のうち前記蓋体側に面する第一領域に実装されている圧電素子と、前記凹部に収容されているとともに前記凹部の内面のうち前記蓋体側に面する第二領域に実装されている、前記第二領域側の表面で温度を検出する温度センサと、を有している。 A piezoelectric vibrator according to an aspect of the present disclosure includes a package having a recess, a lid closing the opening of the recess to hermetically seal the inside of the recess, and the lid accommodated in the recess. The piezoelectric element mounted in a first region of the inner surface of the recess facing the lid, and the second region of the inner surface of the recess that faces the lid And a temperature sensor for detecting a temperature on the surface on the second area side.
一例において、前記温度センサは、前記第二領域に対向して表面実装されているセンサ基板と、前記センサ基板の前記第二領域側に位置している、電気的特性が温度に応じて変化する測温部と、を有している。 In one example, the temperature sensor has a sensor substrate surface-mounted to face the second region, and an electric characteristic located on the second region side of the sensor substrate changes in accordance with a temperature And a temperature measuring unit.
一例において、前記温度センサは、前記第二領域に対向して表面実装されている半導体基板を有しており、前記半導体基板の前記第二領域側の主面は、ダイオードを構成しているp型領域及びn型領域を含んでいる。 In one example, the temperature sensor has a semiconductor substrate surface-mounted to face the second region, and the main surface of the semiconductor substrate on the second region side constitutes a diode p. It contains a type area and an n-type area.
一例において、前記圧電素子は、前記凹部の底面に平行な第一方向の一端側においてのみ支持されており、前記半導体基板は、一部の領域が前記p型領域及び前記n型領域の一方を構成する第一層と、前記一部の領域とは異なる領域において前記第一層上に位置することによって前記p型領域及び前記n型領域の他方を構成している第二層と、を有しており、前記第二層の少なくとも一部は、前記圧電素子の支持位置よりも前記第一方向の一方側又は他方側に位置している。 In one example, the piezoelectric element is supported only at one end side in a first direction parallel to the bottom surface of the recess, and the semiconductor substrate has a partial region of one of the p-type region and the n-type region. And a second layer constituting the other of the p-type region and the n-type region by being located on the first layer in a region different from the partial region. At least a part of the second layer is located on one side or the other side of the first direction with respect to the support position of the piezoelectric element.
一例において、前記圧電素子は、前記凹部の底面に平行な第一方向の一端側においてのみ支持されており、前記半導体基板の平面視において、前記p型領域及び前記n型領域の境界部の少なくとも一部は、前記圧電素子の支持位置よりも前記第一方向の一方側又は他方側に位置しているとともに前記第一方向に沿って延びている。 In one example, the piezoelectric element is supported only at one end side in a first direction parallel to the bottom surface of the recess, and in plan view of the semiconductor substrate, at least at a boundary portion between the p-type region and the n-type region. A portion is located on one side or the other side of the first direction with respect to the support position of the piezoelectric element and extends along the first direction.
一例において、前記半導体基板の平面視において、前記境界部の前記第一方向に沿って延びている部分に対して、前記p型領域の8割以上は前記第一方向に直交する方向の一方側に位置しており、前記n型領域の8割以上は前記第一方向に直交する方向の他方側に位置している。 In one example, in a plan view of the semiconductor substrate, 80% or more of the p-type region is one side in a direction orthogonal to the first direction with respect to the portion extending along the first direction of the boundary portion. And 80% or more of the n-type region is located on the other side of the direction orthogonal to the first direction.
一例において、前記凹部の平面視において、前記圧電素子は、第一方向の一端側においてのみ支持されており、かつその支持位置は、前記パッケージの中心よりも前記第一方向の前記一端側に位置しており、前記凹部の平面視において、前記温度センサの中心は、前記パッケージの中心よりも前記第一方向の前記一端側に位置している。 In one example, in a plan view of the recess, the piezoelectric element is supported only at one end side in the first direction, and the support position is located at the one end side in the first direction with respect to the center of the package. The center of the temperature sensor is located closer to the one end in the first direction than the center of the package in a plan view of the recess.
一例において、前記第一領域は、前記凹部の底面上に位置する台座部の上面であり、前記第二領域は、前記凹部の底面であり、前記台座部の前記凹部の底面からの高さは、前記台座部から前記蓋体までの高さよりも低い。 In one example, the first region is a top surface of a pedestal located on the bottom surface of the recess, the second region is a bottom surface of the recess, and a height of the pedestal from the bottom surface of the recess is And a height lower than the height from the pedestal to the lid.
一例において、前記第一領域及び前記第二領域は面一である。 In one example, the first region and the second region are flush.
本開示の一態様に係る圧電振動子は、凹部を有しているパッケージと、前記凹部の開口を塞いで前記凹部内を気密封止している蓋体と、前記凹部に収容されているとともに前記凹部の内面のうち前記蓋体側に面する第一領域に実装されている圧電素子と、前記凹部に収容されているとともに前記凹部の内面のうち前記蓋体側に面する第二領域に実装されている温度センサと、を有しており、前記温度センサは、前記第二領域に対向して表面実装されている半導体基板を有しており、前記半導体基板の前記第二領域側の主面は、ダイオードを構成しているp型領域及びn型領域を含んでいる。 A piezoelectric vibrator according to an aspect of the present disclosure includes a package having a recess, a lid closing the opening of the recess to hermetically seal the inside of the recess, and the lid accommodated in the recess. The piezoelectric element mounted in a first region of the inner surface of the recess facing the lid, and the second region of the inner surface of the recess that faces the lid A temperature sensor, and the temperature sensor has a semiconductor substrate surface-mounted to face the second region, and the main surface of the semiconductor substrate on the second region side Includes a p-type region and an n-type region constituting a diode.
上記の構成によれば、温度を好適に検出することができる。 According to the above configuration, the temperature can be suitably detected.
以下、図面を参照して本開示に係る実施形態について説明する。なお、図面には、便宜的に、D1軸、D2軸及びD3軸からなる直交座標系を付すことがある。実施形態に係る水晶振動子は、いずれの方向が上方又は下方として用いられてもよい。ただし、以下では、便宜上、D3軸正側を上方として、又は現に説明している図面の紙面上方を上方として、上面又は下面等の用語を用いることがある。 Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the drawings, for convenience, an orthogonal coordinate system consisting of D1 axis, D2 axis and D3 axis may be added. The crystal unit according to the embodiment may be used with either direction upward or downward. However, in the following, for convenience, terms such as the upper surface or the lower surface may be used with the positive side of the D3 axis as the upper side or the upper side of the sheet of the drawing currently described.
第二実施形態以降の説明では、先に説明された実施形態の構成と共通または類似する構成について、先に説明された実施形態の構成に付した符号を用い、また、図示や説明を省略することがある。なお、先に説明された実施形態の構成と対応(類似)する構成については、先に説明された実施形態の構成と異なる符号を付した場合においても、特に断りがない点は、先に説明された実施形態の構成と同様とされてよい。 In the description of the second embodiment and the subsequent embodiments, the same reference numerals as those of the above-described embodiment are used for the same or similar components as the above-described embodiment, and the illustration and description thereof will be omitted. Sometimes. In addition, about the structure which respond | corresponds (similar) to the structure of embodiment described previously, even when the code | symbol different from the structure of embodiment described previously is attached, the point which is not particularly described is demonstrated previously. The configuration of the embodiment may be the same.
<第一実施形態>
図1は、第一実施形態に係る水晶振動子1の概略構成を示す分解斜視図である。図2(a)は、水晶振動子1の内部を示す平面図である。図2(b)は図2(a)のIIb−IIb線における断面図である。
First Embodiment
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a
水晶振動子1は、例えば、全体として、概略、薄型の直方体状とされる電子部品であり、その寸法は適宜に設定されてよい。例えば、比較的小さいものでは、長辺の長さ(D1軸方向)が1.5mm以上3.0mm以下、短辺の長さ(D2軸方向)が1.0mm以上2.5mm以下(ただし長辺よりも短い)、厚さ(D3軸方向)が0.4mm以上1.5mm以下(ただし短辺よりも短い)である。
The
水晶振動子1は、凹部K1を有しているパッケージ110と、凹部K1に収容されている水晶素子120及び温度センサ130と、凹部K1を塞ぐ蓋体140とを有している。なお、図2(a)では、蓋体140を省略するとともに、水晶素子120を想像線(2点鎖線)で示している。
The
(パッケージ)
パッケージ110の外形は、例えば、概略直方体状である。また、パッケージ110の凹部K1は、例えば、水晶素子120が収容される素子用凹部K2と、素子用凹部K2の底面に開口し、温度センサ130が収容されるセンサ用凹部K3とを有している。別の観点では、パッケージ110は、凹部K1の底面上に位置する台座部118を有している。台座部118の上面は、水晶素子120を実装するための第一領域R1となっている。凹部K1の底面(台座部118の非配置領域)は、温度センサ130を実装するための第二領域R2となっている。第一領域R1及び第二領域R2は、いずれも凹部K1の内面のうち、蓋体140側に面する領域である。
(package)
The outer shape of the
図2(b)に示すように、パッケージ110は、例えば、複数(本実施形態では3つ)の第一絶縁層110a〜第三絶縁層110cによって構成されている。具体的には、例えば、パッケージ110は、下面側から順に、第一絶縁層110aと、センサ用凹部K3を構成する開口を有する第二絶縁層110bと、素子用凹部K2を構成する開口を有する第三絶縁層110cとを有している。凹部K1の底面(第二領域R2)は、第一絶縁層110aの上面によって構成されている。第一領域R1は、第二絶縁層110bの上面によって構成されている。
As shown in FIG. 2B, the
第一絶縁層110a〜第三絶縁層110cの外縁の形状は、例えば、パッケージ110の外形が直方体状であることに対応して矩形である。センサ用凹部K3及び素子用凹部K2の平面形状は、例えば、絶縁層の中央に位置し、絶縁層の外縁の矩形と平行な4辺を有する矩形である。なお、特に図示しないが、第二絶縁層110bにおいて、D1軸方向正側の形状は、第三絶縁層110cと同様とされてもよい。すなわち、台座部118と同様の形状を有するD1軸方向正側の部分は設けられなくてもよい。また、台座部118は、後述する2つの電極パッド111に対応してD2軸方向において分割されていてもよい。
The shapes of the outer edges of the first insulating
各絶縁層(110a〜110c)の厚さは、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。図示の例では、第二絶縁層110bの厚さは、第三絶縁層110cの厚さよりも厚くなっている。すなわち、凹部K1の底面(第二領域R2)から第一領域R1までの高さは、第一領域R1からパッケージ110の上面(または蓋体140の下面)までの高さよりも低い。
The thicknesses of the respective insulating layers (110a to 110c) may be identical to one another or may be different from one another. In the illustrated example, the thickness of the second insulating layer 110 b is larger than the thickness of the third insulating
各絶縁層(110a〜110c)は、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなる。第一絶縁層110a〜第三絶縁層110cそれぞれは、絶縁層を1層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。
Each insulating layer (110a to 110c) is made of, for example, a ceramic material such as alumina ceramic or glass-ceramic. Each of the first insulating
上記のような構成のパッケージ110には、例えば、以下に説明するように、金属等からなる導体が配置されている。
In the
第一絶縁層110aの下面には、第一外部接続用電極端子G1(G1a、G1b)及び第二外部接続用電極端子G2(G2a、G2b)が設けられている。これらの端子は、水晶振動子1に対する信号の入力又は出力に利用される。すなわち、水晶振動子1を不図示の回路基板等に実装する際には、当該回路基板のパッドと、これらの端子とが半田等により接合される。第一外部接続用電極端子G1は、水晶素子120と電気的に接続される端子である。第二外部接続用電極端子G2は、温度センサ130と電気的に接続される端子である。
The first external connection electrode terminals G1 (G1a, G1b) and the second external connection electrode terminals G2 (G2a, G2b) are provided on the lower surface of the first insulating
外部接続用電極端子(G1及びG2)は、例えば、適宜な平面形状(例えば矩形)の導体層であり、第一絶縁層110aの下面の4隅に設けられている。これら4つの端子と4隅との位置関係は適宜に設定されてよい。例えば、一対の第一外部接続用電極端子G1は、第一絶縁層110aの下面の対角に位置するように設けられている。また、第二外部接続用電極端子G2は、第一外部接続用電極端子G1が設けられている対角とは異なる対角に位置するように設けられている。
The external connection electrode terminals (G1 and G2) are, for example, conductor layers having an appropriate planar shape (for example, a rectangular shape), and provided at four corners of the lower surface of the first insulating
第一領域R1には、水晶素子120を実装するための一対の電極パッド111が設けられている。一対の電極パッド111は、適宜な平面形状(例えば矩形)の導体層であり、例えば、凹部K1の一辺に沿うように隣接して設けられている。一対の電極パッド111は、パッケージ110に設けられた導体(後述)を介して一対の第一外部接続用電極端子G1と電気的に接続されている。
A pair of
第二領域R2には、温度センサ130を実装するための一対の接合パッド115(115a、115b)が設けられている。一対の接合パッド115は、適宜な平面形状(例えば矩形)の導体層であり、例えば、一対の電極パッド111の並び方向に交差(例えば直交)する方向に並ぶように設けられている。一対の接合パッド115は、パッケージ110に設けられた導体(後述)を介して一対の第二外部接続用電極端子G2と電気的に接続されている。
The second region R2 is provided with a pair of bonding pads 115 (115a, 115b) for mounting the
図3は、電極パッド111と第一外部接続用電極端子G1とを接続する導体、及び接合パッド115と第二外部接続用電極端子G2とを接続する導体の一例を示す平面図である。この図は、第一絶縁層110aの上面を示している。また、電極パッド111、第一外部接続用電極端子G1及び第二外部接続用電極端子G2も点線で示されている。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a conductor connecting the
この図の例では、D2軸正側の電極パッド111は、当該電極パッド111の直下で第二絶縁層110bを貫通する不図示のビア導体と、第一絶縁層110aの上面上に設けられた水晶素子用配線パターン113と、第一外部接続用電極端子G1aの直上で第一絶縁層110aを貫通する第一ビア導体114を介して、第一外部接続用電極端子G1aに接続されている。また、D2軸負側の電極パッド111は、当該電極パッド111の直下で第二絶縁層110bを貫通する不図示のビア導体と、第一外部接続用電極端子G1bの直上で第一絶縁層110aを貫通する第一ビア導体114を介して、第一外部接続用電極端子G1bに接続されている。なお、D2軸負側の電極パッド111と、第一外部接続用電極端子G1bとの間にも、必要に応じて、水晶素子用配線パターン113が介在してよい。また、特に図示しないが、電極パッド111と第一外部接続用電極端子G1とを接続する導体は、第二絶縁層110bの上面上に設けられた配線パターンを含んでいてもよい。
In the example of this figure, the
また、接合パッド115aは、第一絶縁層110aの上面上に設けられたセンサ用配線パターン116aと、第二外部接続用電極端子G2bの直上で第一絶縁層110aを貫通する第二ビア導体117aとを介して、第二外部接続用電極端子G2aに接続されている。接合パッド115bは、第一絶縁層110aの上面上に設けられたセンサ用配線パターン116bと、第二外部接続用電極端子G2bの直上で第一絶縁層110aを貫通する第二ビア導体117bとを介して、第二外部接続用電極端子G2bに接続されている。
In addition, the
なお、図示の例では、第二ビア導体117bは、電極パッド111よりも接合パッド115b側に位置しており、センサ用配線パターン116aは、電極パッド111よりも接合パッド115b側に位置している。ただし、第二ビア導体117bは、電極パッド111よりも接合パッド115bとは反対側に位置し、センサ用配線パターン116aは、1対の電極パッド111の間を通るように延びてもよい。
In the illustrated example, the second via
図1〜図3に戻って、封止用導体パターン112は、パッケージ110の上面と蓋体140とを封止部材141を介して接合する際に、封止部材141の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン112は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次施すことによって、例えば10〜25μmの厚みに形成されている。
Referring back to FIGS. 1 to 3, the sealing
なお、特に図示しないが、第二外部接続用電極端子G2a(又はG2b)と、封止用導体パターン112とを電気的に接続する導体が設けられてもよい。当該導体は、例えば、第一絶縁層110a〜第三絶縁層110cを貫通するビア導体を含む。第一絶縁層110aを貫通するビア導体には、接合パッド115aと第二外部接続用電極端子G2aとを接続するビア導体117が利用されてもよい。第二外部接続用電極端子G2aには、例えば、基準電位が付与される。これにより、封止用導体パターン112に接合された蓋体140のシールド性が向上する。
Although not particularly illustrated, a conductor may be provided to electrically connect the second external connection electrode terminal G2a (or G2b) and the sealing
(蓋体)
蓋体140は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。このような蓋体140は、真空状態にある凹部K1又は窒素ガスなどが充填された凹部K1を気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体140は、所定雰囲気で、パッケージ110の第三絶縁層110c上に載置され、第三絶縁層110cの封止用導体パターン112と蓋体140の封止部材141とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、第三絶縁層110cに接合される。
(Lid)
The
封止部材141は、パッケージ110の上面に設けられた封止用導体パターン112に相対する蓋体140の箇所に設けられている。封止部材141は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。銀ロウの場合は、その厚みは、10〜20μmである。例えば、成分比率は、銀が72〜85%、銅が15〜28%のものが使用されている。金錫の場合は、その厚みは、10〜40μmである。例えば、成分比率が、金が78〜82%、錫が18〜22%のものが使用されている。
The sealing
(水晶素子)
水晶素子120は、図2(b)に示されているように、導電性接着剤150を介して電極パッド111上に接合されている。水晶素子120は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。
(Crystal element)
The
水晶素子120は、水晶素板121の上面及び下面のそれぞれに励振用電極122、接続用電極123及び引き出し電極124を被着させた構造を有している。励振用電極122は、水晶素板121の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。引き出し電極124は、励振用電極122から水晶素板121の短辺に向かって延出されている。接続用電極123は、引き出し電極124と接続されており、水晶素板121の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。
The
本実施形態においては、電極パッド111と接続されている水晶素子120の一端をパッケージ110の内面(第一領域R1)と接続した固定端とし、他端をパッケージ110の内面と間を空けた自由端とした片保持構造にて水晶素子120が第一領域R1上に固定されている。
In this embodiment, one end of the
水晶素板121の固定端側の外周縁は、平面視して、パッケージ110の一辺と平行であり、凹部K1の内周面に近付くように設けられている。このようにすることにより、水晶素子120の実装位置を視覚的によりわかりやすくすることができるので、水晶振動子の生産性を向上させることが可能となる。
The outer peripheral edge on the fixed end side of the quartz
ここで、水晶素子120の動作について説明する。水晶素子120は、外部からの交番電圧が接続用電極123から引き出し電極124及び励振用電極122を介して水晶素板121に印加されると、水晶素板121が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
Here, the operation of the
ここで、水晶素子120の作製方法について説明する。まず、水晶素子120は、人工水晶体を所定のカットアングルで切断して水晶素板121を得る。次に、水晶素板121の外周部と比べて水晶素板121の中央部が厚くなるように、水晶素板121の外周の厚みを薄くするベベル加工を行う。そして、水晶素板121の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極122、接続用電極123及び引き出し電極124を形成する。このようにして水晶素子120が作製される。なお、主面は、板状部材の最も広い面(すなわち表面及び裏面)を意味する。以下、同様である。
Here, a method for manufacturing the
水晶素子120の第一領域R1への接合方法について説明する。まず、導電性接着剤150は、例えばディスペンサによって電極パッド111上に塗布される。水晶素子120は、導電性接着剤150上に搬送され、導電性接着剤150上に載置される。そして導電性接着剤150は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子120は、一対の電極パッド111に接合される。
A method of bonding the
導電性接着剤150は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又は鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。
The
(温度センサ)
温度センサ130は、ダイオードを含むものであり、アノード端子131b及びカソード端子131aを有している。温度センサ130は、アノード端子131bからカソード端子131aへは電流を流すが、カソード端子131aからアノード端子131bへはほとんど電流を流さない順方向特性を有している。温度センサ130の順方向特性は、温度によって大きく変化する。具体的には、温度センサ130に一定電流を流したときの順方向電圧は、温度変化に対して線形的(直線的)に変化する。この電圧を測定することによって、温度情報を得ることができる。温度情報は、例えば、図示しない電子機器等のメインIC(Integrated Circuit)によって、温度変化に起因する水晶振動子の特性変化の補償に利用される。
(Temperature sensor)
The
温度センサ130は、パッケージ110の第二領域R2に設けられた接合パッド115に半田等の導電性接合材を介して実装されている。また、温度センサ130のカソード端子131aは、一方の接合パッド115aに接続され、アノード端子131bは、他方の接合パッド115bに接続されている。よって、温度センサ130のカソード端子131aは、基準電位が付与される、一方の第二外部接続用電極端子G2aに接続されることになる。別の観点では、温度センサ130の温度に応じた電圧は、他方の第二外部接続用電極端子G2bを介して水晶振動子の外へ出力される。
The
また、温度センサ130には、1〜200μAの電流が流れるため、電子機器のマザーボード上に配置された回路が高インピーダンスの場合でも、十分な電流が確保できる。その結果、温度センサ130に電流値が小さいことにより生じるノイズが重畳することを低減することができる。また、温度センサ130の順方向電圧を超えない限り、急激に流れる電流量が大きくなることはないため、温度センサ130の発熱量を低減することができ、水晶素子120の実際の温度との読み取り誤差を小さくすることで、高精度の補正が可能となる。よって、水晶振動子は、水晶素子120の発振周波数に関する温度補償の精度を向上させることができる。
In addition, since a current of 1 to 200 μA flows through the
温度センサ130は、平面視して、水晶素子120と重なる箇所に配置されている。例えば、温度センサ130は、水晶素板121の長辺1.0〜1.6mmと短辺0.8〜1.2mmとからなる面積内に配置される。平面視して、温度センサ130の中心(図形重心)は、例えば、パッケージ110の中心(図形重心)及び/又は水晶素子120の中心(図形重心)と概ね一致している。
The
温度センサ130は、平面視で水晶素子120に設けられる励振用電極122の平面内に位置している。従って、励振用電極122の金属膜によるシールド効果によって温度センサ130を、電子機器を構成するパワーアンプ等の他の半導体部品や電子部品からのノイズから保護できる。よって、温度センサ130は正確に電圧を出力することができる。
The
温度センサ130のパッケージ110への接合方法について説明する。まず、導電性接合材は、例えばディスペンサによって接合パッド115上に塗布される。温度センサ130は、導電性接合材上に搬送され、導電性接合材上に載置される。そして導電性接合材は、加熱させることによって溶融接合される。温度センサ130は、一対の接合パッド115に接合される。なお、導電性接合材は、接合パッド115に代えて、カソード端子131a及びアノード端子131bに塗布されてもよい。
A method of bonding the
導電性接合材は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が95〜97.5%、銀が2〜4%、銅が0.5〜1.0%のものが使用されている。 The conductive bonding material is made of, for example, silver paste or lead-free solder. In addition, the conductive bonding material contains an added solvent for adjusting the viscosity to be easy to apply. The component ratio of lead-free solder is 95 to 97.5% of tin, 2 to 4% of silver, and 0.5 to 1.0% of copper.
(温度センサの具体的構成)
図4(a)は、温度センサ130の外観を示す平面図である。図4(b)は、温度センサ130の半導体基板132の構成を示す平面図である。図4(c)は、図4(a)のIVc−IVc線における断面図である。ただし、便宜上、半導体基板132の断面にハッチングは付していない。
(Specific configuration of temperature sensor)
FIG. 4A is a plan view showing the appearance of the
温度センサ130は、半導体基板132の主面132a上にカソード端子131a及びアノード端子131bが設けられて構成されている。すなわち、温度センサ130は、ベアチップであり、半導体基板132を囲むパッケージを有していない。
The
半導体基板132は、例えば、その全面に亘って概ね一定の厚さを有している。半導体基板132の平面形状は、適宜に設定されてよいが、例えば、概略、矩形(図示の例では長方形)である。カソード端子131a及びアノード端子131bは、矩形の2辺(図示の例では短辺)の互いに対向する方向(D1軸方向)において互いに離間して配置されている。
The
半導体基板132は、主面132a内に、p型半導体からなるp型領域132p、及びn型半導体からなるn型領域132nを有している。より具体的には、半導体基板132は、n型半導体からなるn型層133nと、n型層133nの一部の領域においてn型層133n上に位置している、p型半導体からなるp型層133pとを有している。そして、p型層133pによってp型領域132pが構成され、n型層133nのうちp型層133pの非配置領域によってn型領域132nが構成されている。
The
n型層133n及びp型層133pの厚さは適宜に設定されてよい。図示の例では、n型領域132nにおけるn型層133nの厚さは、半導体基板132の厚さとなっている。p型層133pの厚さは、例えば、半導体基板132の厚さの半分以下となっている。
The thicknesses of the n-
p型層133p及びn型層133nは互いに接しており、pn接合を構成している。p型領域132p上にはアノード端子131bが設けられており、n型領域131n上にはカソード端子131aが設けられている。このようにして、半導体基板132にはダイオード134が構成されている。上記の説明から理解されるように、ダイオード134は、いわゆるプレーナ構造のものである。
The p-
このようなダイオード134の製造方法は、寸法等の具体的な条件を除いて公知の種々の製造方法と同様とされてよい。例えば、まず、複数の半導体基板132が多数個取りされるn型半導体ウェハを用意する。n型半導体ウェハは、例えば、リン(P)又はアンチモン(Sb)等を不純物として含むシリコン(Si)ウェハである。次に、p型領域132pとなる領域にマスクを介してホウ素(B)等の不純物を注入する。次に、適宜な薄膜形成法によってアノード端子131b及びカソード端子131aを形成する。その後、半導体ウェハをダイシングして個片化する。
The manufacturing method of such a
以上のような構成のダイオード134においてアノード端子131b及びカソード端子131aに順方向電圧が印加されると、アノード端子131b及びカソード端子131aが主面132a上に位置していることから、矢印y1で示すように、電流は、主面132a付近において流れやすい。別の観点では、電流は、平面視における、p型領域132p及びn型領域132nの境界部132b(pn接合面)を超えるように流れやすい。
When a forward voltage is applied to the
p型層133pは、n型層133n上に位置しているから、矢印y2で示すように、p型層133pの下面とn型層133nとの境界面133b(pn接合面)を介しても電流は流れることが可能である。ただし、境界面133bが主面132aから離れるほど、アノード端子131bから境界面133bを経由してカソード端子131aへ至る電流の経路は長くなる。ひいては、当該経路の抵抗は増加し、電流は流れにくくなる。
Since the p-
従って、ダイオード134においては、半導体基板132内の種々の部位の温度のうち、主面132aにおける温度がダイオード134の順方向特性に及ぼす影響が大きい。境界面133bの位置の深さによって、境界部132b及び境界面133bが順方向特性に及ぼす相対的な割合は変化するが、主面132aにおける温度が順方向特性に及ぼす影響が大きいという傾向自体に変わりはない。
Therefore, in the
なお、仮に、p型層133pが半導体基板132の厚さと同等であっても、アノード端子131b及びカソード端子131aが主面132a上に位置していることによって、上記と同様に半導体基板132の下面側(D3軸正側)に流れる電流は小さくなっていくから、主面132aにおける温度が順方向特性に及ぼす影響が大きいという傾向自体に変わりはない。
Even if the p-
従って、ダイオード134は、主面132aを構成するp型領域131p上にアノード端子131bが設けられ、主面132aを構成するn型領域131n上にカソード端子131aが設けられていることにより、表面(主面132a)で温度を検出する(主面132aの温度を検出する)構成となっているといえる。
Therefore, the
p型層133pが薄いほど、境界部132b及び境界面133bの温度は、主面132aの温度に近くなるから、主面132aの温度を精度良く検出することができる。例えば、p型層133pの厚さは、半導体基板132の厚さの1/2以下又は1/5以下とされてよい。
As the p-
なお、p型層133pは、半導体基板132の主面132a側の一部にのみ形成されており、アノード端子131b及びカソード端子131aが主面132a上に位置しているから、半導体基板132のうち、主面132a側の一部にダイオード134が構成されていると捉えられてよい。この観点からも、温度センサ130は、表面(主面132a)で温度を検出するセンサであるといってよい。
The p-
図示の例では、n型半導体ウェハの一部をp型半導体にする態様を例にとったが、p型半導体ウェハの一部をn型半導体にしてもよい。すなわち、ダイオード134は、p型層の一部の領域においてn型層がp型層上に位置し、これにより、主面132a内にp型領域132p及びn型領域132nが構成されてもよい。
In the illustrated example, the aspect in which a part of the n-type semiconductor wafer is a p-type semiconductor is taken as an example, but a part of a p-type semiconductor wafer may be an n-type semiconductor. That is, in the
以上のとおり、本実施形態の圧電振動子(水晶振動子1)は、パッケージ110と、蓋体140と、圧電素子(水晶素子120)と、温度センサ130とを有している。パッケージ110は、凹部K1を有している。蓋体140は、凹部K1の開口を塞いで凹部K1内を気密封止している。水晶素子120は、凹部K1に収容されているとともに凹部K1の内面のうち蓋体側に面する第一領域R1に実装されている。温度センサ130は、凹部K1に収容されているとともに凹部K1の内面のうち蓋体側に面する第二領域R2に実装されており、第二領域R2側の表面(主面132a)で温度を検出する。
As described above, the piezoelectric vibrator (quartz crystal vibrator 1) according to this embodiment includes the
ここで、水晶振動子1の外部環境の温度が変化した場合について考える。このような場合、一般に、外部環境の温度変化は、凹部K1の底部(第一絶縁層110a及び第二絶縁層110b)を介して水晶素子120へ伝わりやすい。
Here, the case where the temperature of the external environment of the
その理由としては、例えば、以下のものが挙げられる。凹部K1内は真空とされており(厳密には減圧されており)、理論上は、外部環境の温度変化は、水晶素子120の周囲の空間を介しては水晶素子120に伝わらない。または、凹部K1内に気体が封入されていても、気体及びパッケージ110の熱伝導率は相対的に低いから、外部環境の温度変化は、水晶素子120の周囲の空間を介しては水晶素子120に伝わりにくい。一方で、水晶素子120は、凹部K1の底部(第一領域R1)に実装されている(導電性接着剤150によって第一領域R1に接合されている)から、凹部K1の底部の温度変化の影響を受けやすい。また、一般に、導電体(金属)は、絶縁体よりも熱伝導率が高い。一方で、第一外部接続用電極端子G1から電極パッド111を経由して水晶素子120の励振用電極122まで、導電体の経路が構成されている。これによっても水晶素子120の温度は、電極パッド111(凹部K1の底部)の温度の影響を受けやすい。
As the reason, for example, the following can be mentioned. The inside of the
一方、凹部K1の底部(第二領域R2)側の主面132aで温度を検出する温度センサ130を用いることによって、本実施形態とは異なり、温度センサのチップ全体で温度を検出する態様に比較して、検出温度が凹部K1の底部の温度に追従しやすくなる。温度センサ130は、凹部K1の底部に実装(接合)されているから、凹部K1の底部の温度変化が主面132aに伝わりやすく、一層、検出温度は凹部K1の温度に追従しやすくなる。従って、検出温度が水晶素子120の温度に追従しやすくなり、検出温度に基づく温度補償を高精度に行うことができる。
On the other hand, unlike the present embodiment, by using the
また、本実施形態では、温度センサ130は、第二領域R2に対向して表面実装されているセンサ基板(半導体基板132)と、半導体基板132の第二領域R2側に位置している、電気的特性が温度に応じて変化する測温部(ダイオード134)と、を有している。
Further, in the present embodiment, the
別の観点では、温度センサ130は、第二領域R2に対向して表面実装されている半導体基板132を有している。半導体基板132の第二領域R2側の主面132aは、ダイオード134を構成しているp型領域132p及びn型領域132nを含んでいる。
In another aspect, the
すなわち、温度センサ130は、ベアチップ又はWLP(ウェハレベルパッケージ)式のチップ等である。従って、例えば、水晶振動子1の小型化を図ることができる。また、例えば、パッケージが設けられている場合に比較して、ダイオード134(測温部)は、凹部K1の底部の温度の影響を直接的に受けることになり、温度センサ130の感度が向上する。
That is, the
また、本実施形態では、水晶素子120は、凹部K1の底面(第二領域R2)に平行な第一方向(D1軸方向)の一端側においてのみ支持されている。半導体基板132は、一部の領域がp型領域132p及びn型領域132nの一方(図示の例ではn型領域132n)を構成する第一層(n型層133n)と、前記一部の領域とは異なる領域において第一層上に位置することによってp型領域及びn型領域の他方(図示の例ではp型領域132p)を構成している第二層(p型層133p)と、を有している。第二層の少なくとも一部(本実施形態では全部)は、水晶素子120の支持位置(電極パッド111)よりも第一方向の一方側又は他方側に位置している。
Further, in the present embodiment, the
ここで、凹部K1の底部(第一絶縁層110a及び第二絶縁層110b)は、水晶素子120の一端側のみを保持することから、電極パッド111は、D1軸方向の一方側のみに位置している。すなわち、第一外部接続用電極端子G1を介して外部環境の温度変化の影響を受けやすい導体の面積がD1軸方向の一方側のみに確保されることになる。従って、凹部K1の底部の温度変化は、電極パッド111側から進行しやすい。
Here, since the bottom of the recess K1 (the first insulating
仮に、本実施形態とは異なり、p型層133pの厚さが半導体基板132の厚さと同等であり、pn接合面がD1軸に概ね直交する面(境界部132b)だけだと仮定する(このような態様も本開示に係る技術に含まれる。)。この場合、凹部K1の底部の温度変化がD1軸方向に沿って進行していくと、温度変化が境界部132bに到達したときに順方向特性の変化が現れ、ひいては、比較的急激に検出温度が変化することになる。この検出温度の変化は、水晶素子120の温度変化を必ずしも反映しているとはいえないおそれがある。
It is assumed that the thickness of the p-
しかし、n型層133n上にp型層133pが位置していると、境界面133bがD1軸方向に広がっていることになる。そして、境界面133bにおける順方向特性の変化は、凹部K1の底部の温度変化が境界面133b下をD1軸方向に進行していく過程で、少しずつ現れることになる。ひいては、急激な検出温度の変化が緩和される。なお、既に述べたように、境界面133bが主面132a(カソード端子131a及びアノード端子131b)から離れた位置にあると、境界面133bを超える電流は小さくなる。従って、p型層133p(第二層)が薄いほど当該効果は向上する。
However, when the p-
また、本実施形態では、第一領域R1は、凹部K1の底面(第一絶縁層110aの上面)上に位置する台座部118の上面である。第二領域R2は、凹部K1の底面である。台座部118の凹部K1の底面からの高さ(第二絶縁層110bの厚さ)は、台座部118から蓋体140までの高さよりも低い。
Further, in the present embodiment, the first region R1 is the upper surface of the
この場合、例えば、第二絶縁層110bが比較的薄くされていることから、第一領域R1の温度と第二領域R2の温度とは互いに追従しやすい。その結果、水晶素子120の温度と、温度センサの検出温度とを近付けることができる。
In this case, for example, since the second insulating layer 110b is relatively thin, the temperature of the first region R1 and the temperature of the second region R2 easily follow each other. As a result, the temperature of the
なお、以上の実施形態において、水晶振動子1は圧電振動子の一例である。水晶素子120は圧電素子の一例である。半導体基板132はセンサ基板の一例である。ダイオード134は測温部の一例である。D1軸方向は第一方向の一例である。n型層133nは第一層の一例である。p型層133pは第二層の一例である。
In the above embodiment, the
<第二実施形態>
図5(a)は、第二実施形態に係る水晶振動子51の要部構成を示す平面図である。図5(b)は、図5(a)のVb−Vb線における断面図である。
Second Embodiment
FIG. 5A is a plan view showing the main configuration of the
第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、水晶素子120及び温度センサ130は、パッケージ53の凹部K51の内面のうち、蓋体140側に面する第一領域R51及び第二領域R52に実装されている。そして、温度センサ130は、第二領域R52側の表面(主面132a(図4参照))で温度を検出する。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the
従って、第一実施形態と同様の効果が奏される。例えば、外部環境の温度変化は、凹部K51の底部を介して水晶素子120へ伝わりやすいところ、温度センサ130によって凹部K51の底部の温度を精度よく検出することができ、ひいては、水晶素子120の温度を精度よく検出することができる。
Therefore, the same effect as that of the first embodiment is exhibited. For example, the temperature change of the external environment is easily transmitted to the
ただし、第一実施形態では、第一領域R1は、第二領域R2よりも高い位置に設けられていたのに対して、本実施形態では、第一領域R1及び第二領域R2は、同一の高さに位置している。すなわち、本実施形態では、台座部118は設けられておらず、第一領域R1及び第二領域R2は、いずれも凹部K51の底面によって構成され、面一である。
However, in the first embodiment, the first region R1 is provided at a position higher than the second region R2, whereas in the present embodiment, the first region R1 and the second region R2 are the same. Located at the height. That is, in the present embodiment, the
別の観点では、第一実施形態では、水晶素子120及び温度センサ130は積層的に配置されていたのに対して、本実施形態では、水晶素子120及び温度センサ130は、平面的に配置されている。
In another aspect, in the first embodiment, the
このように第一領域R1及び第二領域R2が面一であると、例えば、第1実施形態に比較して、第一領域R1と第二領域R2との温度は近似する。上記のように、水晶素子120は第一領域R1の温度変化の影響を受けやすく、温度センサ130は第二領域R2側の表面で温度を検出するから、温度センサ130によって水晶素子120の温度を精度よく検出することができる。
As described above, when the first region R1 and the second region R2 are flush, for example, the temperatures of the first region R1 and the second region R2 approximate each other as compared with the first embodiment. As described above, since the
上記のような面一な第一領域R1及び第二領域R2を有するパッケージ53は、例えば、第一絶縁層53aと、その上に積層された第二絶縁層53bとによって構成されている。これらの絶縁層は、第一実施形態の絶縁層(110a〜110c)と同様のものである。
The
平面視における、水晶素子120及び温度センサ130の相対位置は適宜に設定されてよい。図示の例では、概略長方形の温度センサ130が、概略長方形の水晶素子120に対して、長辺同士を平行にするように配置されている。このような配置により、例えば、水晶振動子51を小型化できる。
The relative position of the
また、図示の例では、水晶素子120の固定端から自由端への方向(D1軸方向)において、温度センサ130の長さ(ここでは長辺の長さ)は、水晶素子120の長さ(ここでは長辺の長さ)よりも短い。そして、温度センサ130の中心(図形重心)は、水晶素子120の中心(図形重心)よりも接続用電極123(電極パッド111)側に位置している。
In the illustrated example, the length of the temperature sensor 130 (here, the length of the long side) is the length of the
別の観点では、凹部K1の平面視において、圧電素子(水晶素子120)は、第一方向の一端側(D1軸方向負側)においてのみ支持されており、かつその支持位置は、パッケージ53の中心よりも第一方向の前記一端側に位置している。また、凹部K1の平面視において、温度センサ130の中心は、パッケージ53の中心よりも第一方向の前記一端側に位置している。
In another viewpoint, the piezoelectric element (quartz element 120) is supported only at one end side (the negative side in the D1-axis direction) of the first direction in a plan view of the recess K1, and the supporting position thereof is It is located in the said one end side of the 1st direction rather than the center. Further, the center of the
これまでの説明からも理解されるように、外部環境の温度が変化した場合、水晶素子120の温度は、電極パッド111の温度の影響を受けやすい。従って、上記のように電極パッド111側に温度センサ130が位置することによって、検出温度を電極パッド111側の温度に追従させやすくなる。電極パッド111に温度変化が生じてからその温度変化が水晶素板121に伝わるまでには時間遅れが存在するが、その時間遅れの長さ及び温度センサ130の感度によっては、このように構成することによって、検出温度を水晶素板121の温度に近づけることができる。
As understood from the above description, when the temperature of the external environment changes, the temperature of the
(変形例)
以下、種々の変形例について説明する。変形例は、第一及び第二実施形態のいずれに適用されてもよいが、便宜上、第一実施形態の符号を優先的に用いる。
(Modification)
Hereinafter, various modifications will be described. The modification may be applied to any of the first and second embodiments, but for convenience, the code of the first embodiment is preferentially used.
(温度センサの配置位置に係る変形例)
図6(a)は、変形例に係る水晶振動子201の要部構成を示す平面図である。
(Modified example concerning arrangement position of temperature sensor)
FIG. 6A is a plan view showing the main configuration of a
水晶振動子201は、基本的に、温度センサ130の位置のみが第1実施形態と相違する。なお、温度センサ130の位置の相違に伴って、接合パッド115の配置及びセンサ用配線パターン116の形状も実施形態と相違する。また、センサ用凹部K3の位置及び/又は形状も実施形態と相違してよい。ただし、これらの説明は省略する。
The
温度センサ130の配置は、まず、平面視における向きが実施形態と90°異なっている。すなわち、水晶素子120は、凹部K1の底面に平行な第一方向(D1軸方向)の一端側においてのみ支持されているところ、半導体基板132の平面視において、p型領域132p及びn型領域132nの境界部132bの少なくとも一部(図示の例では全部。)は、水晶素子120の支持位置(電極パッド111)よりも第一方向の一方側又は他方側に位置しているとともに第一方向に沿って延びている。
In the arrangement of the
実施形態の説明では、凹部K1の底部の温度変化が電極パッド111側から進行していくときに、温度変化が境界部132bに到達すると、急激な検出温度の変化が生じるおそれがあることについて述べた。一方、本変形例の水晶振動子201では、境界部132bがD1軸に沿っていることから、D1軸方向の温度変化の進行に伴って、順方向特性の変化は徐々に生じることになり、急激な検出温度の変化が緩和される。
In the description of the embodiment, when the temperature change at the bottom of the recess K1 progresses from the
なお、境界部132bが第一方向に沿って延びているという場合、境界部132bは、必ずしも第一方向に平行である必要はない。例えば、境界部132bは、10°以下の角度で第一方向に傾斜していてもよい。
When the
また、本変形例では、第二実施形態と同様に、凹部K1の平面視において、温度センサ130の中心CP2(図形重心)は、パッケージ110の中心CP1(図形重心。中心線CL1と中心線CL2との交点)よりもD1軸方向の電極パッド111側に位置している。この効果については、第二実施形態において述べたとおりである。
Further, in the present modification, as in the second embodiment, in plan view of the recess K1, the center CP2 (geometric center of gravity) of the
なお、この電極パッド111側へ温度センサ130を寄せる構成は、実施形態のようにp型領域132p及びn型領域132nの並び方向がD1軸方向又は更に他の方向である場合にも適用されてよい。
The configuration of moving the
(温度センサの構成に係る変形例)
以下では、温度センサの構成に係る変形例を示す。なお、便宜上、D1軸及びD2軸に対する温度センサの向きは実施形態と同様とするが、図6(a)の変形例と同様とされてもよい。
(Modified example concerning the configuration of the temperature sensor)
Below, the modification which concerns on the structure of a temperature sensor is shown. In addition, although direction of the temperature sensor with respect to D1 axis | shaft and D2 axis is made to be the same as that of embodiment for convenience, you may be made to be the same as that of the modification of Fig.6 (a).
既に述べたように、実施形態のn型半導体とp型半導体との上下及び/又は左右の位置関係は逆とされてもよい。図6(b)に示す変形例に係る温度センサ203は、そのような変形がなされている。すなわち、この変形例では、p型層133pの一部の領域においてn型層133nが設けられている。なお、以下に説明する種々の変形例においても、n型半導体とp型半導体との上下及び/又は左右の位置関係は逆とされてよい。
As described above, the positional relationship between the n-type semiconductor and the p-type semiconductor of the embodiment may be reversed. Such a modification is performed on the
また、図6(b)の変形例では、平面視において、n型領域132nとp型領域132pとの境界部132bは、n型領域132nを囲むように形成されている。なお、この境界部132bのうちD1軸方向に沿う部分は、例えば、図6(a)の境界部132bと同様に、凹部K1の底部の温度変化がD1軸方向に進行するときに、検出温度の急激な変化を抑制する効果を奏し得る。
Further, in the modification of FIG. 6B, the
ただし、上記の効果は、図6(a)の変形例のように、pn接合面のうちダイオードとしての機能に果たす影響が大きい部分がD1軸に沿っている方が大きい。このような態様としては、例えば、図6(a)に示すように、半導体基板132の平面視において、pn接合面のうち第一方向(D1軸方向)に沿っている部分(境界部132b)に対して、及び/又は第一方向(D1軸方向)に平行な半導体基板132の中心線CL1に対して、p型領域132pの8割以上が第一方向に直交する方向(D2軸方向)の一方側に位置しており、n型領域132nの8割以上が第一方向に直交する方向(D2軸方向)の他方側に位置している態様を挙げることができる。
However, as for the above effect, as in the modified example of FIG. 6A, a portion having a large influence on the function as a diode in the pn junction surface is larger along the D1 axis. As such an aspect, for example, as shown in FIG. 6A, in a plan view of the
図6(c)の変形例に係る温度センサ205は、いわゆるウェルを有している。図示の例では、p型の半導体基板207にn型のウェル209が形成され、ウェル209内にp型の層210が形成されている。なお、ウェル209は、第一層の一例となっており、層210は第二層の一例となっている。このようなウェルを設ける変形は、実施形態及び他の変形例のいずれに適用されてもよい。
A
図7(a)は、変形例に係る温度センサ211の断面図である。図7(b)は、温度センサ211の半導体基板213の構成を示す平面図である。
FIG. 7A is a cross-sectional view of a
温度センサ211は、実施形態と同様に、ダイオード215を含む半導体基板213を有し、半導体基板213が第二領域R2に表面実装される構成である。ただし、温度センサ211は、ベアチップではなく、いわゆるWLP型のチップとして構成されている。
As in the embodiment, the
すなわち、温度センサ211は、半導体基板213、アノード端子131b及びカソード端子131a上に再配線層217を有している。再配線層217は、特に符号を付さないが、例えば、絶縁層と導体層とが適宜な数で積層されて構成されており、最上部には端子が露出している。端子上には半田バンプ等が設けられていてもよい。
That is, the
このように再配線層217を設ければ、例えば、アノード端子131b及びカソード端子131aの温度センサ130内における配置位置(ひいてはn型領域132n及びp型領域132pの配置位置)、パッケージ110に接合される端子の温度センサ130内における配置位置、並びにこれらの位置関係の設計の自由度が向上する。
By providing the
従って、例えば、半導体基板132(n型領域132n)の中心にアノード端子131b(p型領域132p)を位置させつつ、半導体基板213の両端をパッケージ110に対して接合してよい。
Therefore, for example, both ends of the
本開示に係る技術は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。 The technology according to the present disclosure is not limited to the above embodiments and modifications, and may be implemented in various aspects.
例えば、表面で温度を検出する温度センサはダイオードを有するものに限定されない。また、パッケージの第二領域に実装されるセンサ基板と、センサ基板の第二領域側に位置する測温部とを有する温度センサ(ベアチップ、WLP型チップ又はこれらに類するチップ)も、ダイオードを有するものに限定されない。例えば、温度センサは、適宜な絶縁基板と、絶縁基板の第二領域側の主面上に配置された抵抗体とを有し、温度変化に対する抵抗の変化を利用するものであってもよい。 For example, the temperature sensor that detects the temperature on the surface is not limited to one having a diode. In addition, a temperature sensor (a bare chip, a WLP type chip, or a chip similar to these) having a sensor substrate mounted on the second region of the package and a temperature measuring portion located on the second region side of the sensor substrate also has a diode. It is not limited to things. For example, the temperature sensor may have an appropriate insulating substrate and a resistor disposed on the main surface of the insulating substrate on the second region side, and may utilize a change in resistance with respect to a temperature change.
ベアチップ、WLP型チップ又はこれらに類するチップにおいて、センサ基板は、側面及び裏面(測温部とは反対側)に絶縁層及び/又は導体層が設けられていてもよい。換言すれば、半導体基板は、必ずしも一部が露出していなくてもよい。 In the bare chip, the WLP type chip, or the like, the sensor substrate may be provided with an insulating layer and / or a conductor layer on the side surface and the back surface (opposite to the temperature measuring portion). In other words, the semiconductor substrate may not necessarily be partially exposed.
温度センサがダイオードを含むものである場合において、温度センサは、パッケージングされたものであってもよい。この場合でも、例えば、封止部材内で半導体基板を第二領域側に寄せたり、ダイオードが形成された面を第二領域側に向けるように封止部材内で半導体基板が配置されたり、封止部材のうち半導体基板と第二領域との間に位置する部分の熱伝導率を高くしたりして、表面で温度を検出しているといえる構成を実現することは可能である。また、実施形態では、温度センサは、ダイオードを1つのみ含んでいた。ただし、温度センサは、互いに接続された複数のダイオードを含んでいてもよい。 In the case where the temperature sensor includes a diode, the temperature sensor may be packaged. Even in this case, for example, the semiconductor substrate is disposed in the sealing member such that the semiconductor substrate is moved to the second region side in the sealing member, or the surface on which the diode is formed is directed to the second region side. It is possible to realize a configuration in which it can be said that the temperature is detected on the surface by increasing the thermal conductivity of the portion of the stopper member located between the semiconductor substrate and the second region. Also, in the embodiment, the temperature sensor included only one diode. However, the temperature sensor may include a plurality of diodes connected to one another.
ダイオードとして、pn接合を有するものを例示したが、ダイオードは、PINダイオードのようにpn接合以外の接合面(境界部、境界面)を有するものであってもよい。なお、PINダイオードにおいては、p型領域及びn型領域の境界部(第一層及び第二層の境界面)は、i型領域(i型層)である。 Although a diode having a pn junction is exemplified as the diode, the diode may have a junction surface (boundary portion, interface) other than the pn junction like a PIN diode. In the PIN diode, the boundary between the p-type region and the n-type region (the boundary surface between the first layer and the second layer) is an i-type region (i-type layer).
ダイオードは、他の素子として機能可能な構成であっても構わない。例えば、温度センサは、トランジスタを含み、温度センサの配線又はパッケージの配線によってベースとコレクタとが短絡されることなどにより、トランジスタの一部がダイオードとして機能してもよい。 The diode may be configured to function as another element. For example, the temperature sensor may include a transistor, and a part of the transistor may function as a diode, for example, when the base and the collector are shorted by the wiring of the temperature sensor or the wiring of the package.
ダイオードは、半導体基板の主面にp型領域及びn型領域が形成されるプレーナ構造に限定されず、p型層とn型層とが積層され、その積層方向に電流が流れる構造のものであってもよい。この場合であっても、ダイオードが温度センサ内で第二領域側の表面に偏って設けられていれば、第二領域側の表面で温度を検出しているといえる。 The diode is not limited to a planar structure in which a p-type region and an n-type region are formed on the main surface of the semiconductor substrate, but a p-type layer and an n-type layer are stacked and a current flows in the stacking direction. It may be. Even in this case, it can be said that the temperature is detected on the surface on the second area side if the diode is provided on the surface on the second area side in the temperature sensor.
また、ダイオードは、実施形態に示した以外に、適宜な層等を有していてよい。例えば、半導体基板上に位置する酸化膜(例えばSiO2膜)、ゲートリング及びパッシベーション膜等を適宜に有していてもよい。 Moreover, the diode may have an appropriate layer etc. in addition to having been shown in the embodiment. For example, an oxide film (for example, a SiO 2 film), a gate ring, a passivation film, and the like located on the semiconductor substrate may be appropriately provided.
1…水晶振動子(圧電振動子)、110…パッケージ、120…水晶素子(圧電素子)、130…温度センサ、140…蓋体、K1…凹部、R1…第一領域、R2…第二領域。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Crystal oscillator (piezoelectric oscillator) 110: Package 120: Crystal element (piezoelectric element) 130: Temperature sensor 140: Lid, K1: recessed portion R1: first area R2: second area
Claims (10)
前記凹部の開口を塞いで前記凹部内を気密封止している蓋体と、
前記凹部に収容されているとともに前記凹部の内面のうち前記蓋体側に面する第一領域に実装されている圧電素子と、
前記凹部に収容されているとともに前記凹部の内面のうち前記蓋体側に面する第二領域に実装されている、前記第二領域側の表面で温度を検出する温度センサと、
を有している圧電振動子。 A package having a recess,
A lid which seals the inside of the recess by closing the opening of the recess;
A piezoelectric element housed in the recess and mounted in a first region of the inner surface of the recess facing the lid;
A temperature sensor for detecting a temperature on the surface of the second region, which is accommodated in the recess and is mounted in a second region of the inner surface of the recess facing the lid;
Piezoelectric vibrator that has.
前記第二領域に対向して表面実装されているセンサ基板と、
前記センサ基板の前記第二領域側に位置している、電気的特性が温度に応じて変化する測温部と、を有している
請求項1に記載の圧電振動子。 The temperature sensor is
A sensor substrate surface-mounted to face the second region;
The piezoelectric vibrator according to claim 1, further comprising: a temperature measurement unit positioned on the second region side of the sensor substrate, the electrical characteristic changing according to a temperature.
前記半導体基板の前記第二領域側の主面は、ダイオードを構成しているp型領域及びn型領域を含んでいる
請求項1又は2に記載の圧電振動子。 The temperature sensor has a semiconductor substrate surface-mounted to face the second region,
3. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the main surface on the second region side of the semiconductor substrate includes a p-type region and an n-type region constituting a diode.
前記半導体基板は、
一部の領域が前記p型領域及び前記n型領域の一方を構成する第一層と、
前記一部の領域とは異なる領域において前記第一層上に位置することによって前記p型領域及び前記n型領域の他方を構成している第二層と、を有しており、
前記第二層の少なくとも一部は、前記圧電素子の支持位置よりも前記第一方向の一方側又は他方側に位置している
請求項3に記載の圧電振動子。 The piezoelectric element is supported only at one end side in a first direction parallel to the bottom surface of the recess,
The semiconductor substrate is
A first layer in which a part of the region constitutes one of the p-type region and the n-type region;
And a second layer constituting the other of the p-type region and the n-type region by being located on the first layer in a region different from the partial region,
The piezoelectric vibrator according to claim 3, wherein at least a part of the second layer is located on one side or the other side of the first direction with respect to the support position of the piezoelectric element.
前記半導体基板の平面視において、前記p型領域及び前記n型領域の境界部の少なくとも一部は、前記圧電素子の支持位置よりも前記第一方向の一方側又は他方側に位置しているとともに前記第一方向に沿って延びている
請求項3又は4に記載の圧電振動子。 The piezoelectric element is supported only at one end side in a first direction parallel to the bottom surface of the recess,
In a plan view of the semiconductor substrate, at least a part of the boundary between the p-type region and the n-type region is located on one side or the other side in the first direction with respect to the support position of the piezoelectric element. The piezoelectric vibrator according to claim 3, which extends along the first direction.
請求項5に記載の圧電振動子。 In a plan view of the semiconductor substrate, at least 80% of the p-type region is located on one side in a direction orthogonal to the first direction with respect to the portion of the boundary extending along the first direction. The piezoelectric vibrator according to claim 5, wherein 80% or more of the n-type region is located on the other side of the direction orthogonal to the first direction.
前記凹部の平面視において、前記温度センサの中心は、前記パッケージの中心よりも前記第一方向の前記一端側に位置している
請求項1〜6のいずれか1項に記載の圧電振動子。 In a plan view of the recess, the piezoelectric element is supported only at one end side in the first direction, and the support position is located at the one end side in the first direction with respect to the center of the package. ,
The piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 6, wherein a center of the temperature sensor is located closer to the one end in the first direction than a center of the package in a plan view of the recess.
前記第二領域は、前記凹部の底面であり、
前記台座部の前記凹部の底面からの高さは、前記台座部から前記蓋体までの高さよりも低い
請求項1〜7のいずれか1項に記載の圧電振動子。 The first region is an upper surface of a pedestal located on the bottom of the recess,
The second region is a bottom surface of the recess,
The piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 7, wherein a height from a bottom surface of the recess of the pedestal is lower than a height from the pedestal to the lid.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の圧電振動子。 The piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 7, wherein the first area and the second area are flush with each other.
前記凹部の開口を塞いで前記凹部内を気密封止している蓋体と、
前記凹部に収容されているとともに前記凹部の内面のうち前記蓋体側に面する第一領域に実装されている圧電素子と、
前記凹部に収容されているとともに前記凹部の内面のうち前記蓋体側に面する第二領域に実装されている温度センサと、
を有しており、
前記温度センサは、前記第二領域に対向して表面実装されている半導体基板を有しており、
前記半導体基板の前記第二領域側の主面は、ダイオードを構成しているp型領域及びn型領域を含んでいる
圧電振動子。 A package having a recess,
A lid which seals the inside of the recess by closing the opening of the recess;
A piezoelectric element housed in the recess and mounted in a first region of the inner surface of the recess facing the lid;
A temperature sensor housed in the recess and mounted in a second region of the inner surface of the recess facing the lid;
And have
The temperature sensor has a semiconductor substrate surface-mounted to face the second region,
The main surface on the second region side of the semiconductor substrate includes a p-type region and an n-type region constituting a diode.
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