JP2019068290A - チップ型圧電デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子及び電子素子を好適にパッケージングできる圧電デバイスを提供する。【解決手段】チップ１は、水晶振動子５と、温度センサ１３０と、封止部９と、絶縁層１５と、外部端子３とを有している。水晶振動子５は、水晶素子１２０及び水晶素子１２０を空間内に気密封止する保持器１１８を有している。封止部９は、水晶振動子５及び温度センサ１３０が埋設されているとともに、下面９ａから水晶振動子５の下面及び温度センサ１３０の下面を露出させている。絶縁層１５は、封止部９の下面９ａに重なっている。外部端子３は、絶縁層１５の下面に位置しており、水晶振動子５及び温度センサ１３０の少なくとも一方に電気的に接続されている。【選択図】図２

Description

本開示は、水晶振動子等の圧電デバイス及びその製造方法に関する。

圧電素子と、他の電子素子とを有する圧電デバイスが知られている（例えば特許文献１）。特許文献１では、水晶素子と、温度センサと、これらをパッケージングするパッケージとを有する水晶振動子が開示されている。特許文献１のパッケージは、水晶素子が収容される第１凹部と、その背面に開口し、温度センサが収容される第２凹部とを有している。

特開２０１４−８６９３７号公報

圧電素子及び電子素子を好適にパッケージングできる圧電デバイス及びその製造方法が提供されることが望まれる。

本開示の一態様に係るチップ型圧電デバイスは、圧電素子及び当該圧電素子を空間内に気密封止している保持器を有している圧電振動子と、電子素子と、前記圧電振動子及び前記電子素子が埋設されているとともに、下面から前記圧電振動子の下面及び前記電子素子の下面を露出させている封止部と、前記封止部の下面に重なっている絶縁層と、前記絶縁層の下面に位置しており、前記圧電振動子及び前記電子素子の少なくとも一方に電気的に接続されている外部端子と、を有している。

一例において、前記電子素子は、前記絶縁層側の表面で温度を検出する温度センサを含んでいる。

一例において、前記電子素子は、前記絶縁層に対向しているとともに前記封止部に埋設されているセンサ基板と、前記センサ基板の前記絶縁層側に位置している、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。

一例において、前記電子素子は、前記絶縁層に対向しているとともに前記封止部に埋設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絶縁層側の主面は、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。

本開示の一態様に係るチップ型圧電デバイスの製造方法は、支持体上の複数の第１領域それぞれに、圧電振動子及び電子素子を配置する配置ステップと、前記配置ステップの後に、未硬化状態の封止材を前記支持体上に前記複数の第１領域に亘って供給して硬化させ、これにより、前記複数の第１領域に重なる複数の第２領域を有しているとともに当該複数の第２領域それぞれにおいて前記圧電振動子及び前記電子素子が硬化状態の前記封止材に埋設されているウェハを形成するウェハ形成ステップと、前記封止ステップの後に、前記ウェハから前記支持体を除去する除去ステップと、前記除去ステップの後に、前記ウェハの前記支持体が除去された面に、絶縁層と、前記複数の第２領域の前記圧電振動子及び前記電子素子の少なくとも一方に接続されている複数の導体とを設ける再配線ステップと、前記再配線ステップの後に、前記複数の第２領域を個片化する個片化ステップと、を有している。

上記の構成によれば、圧電素子及び電子素子を好適にパッケージングできる。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は実施形態に係るチップ型水晶デバイスの構成を示す斜視図である。 図１（ａ）のII−II線における断面図である。 図１（ａ）のチップ型水晶デバイスが含む水晶振動子の構成を示す分解斜視図である。 図３のIV−IV線における断面図である。 図５（ａ）は温度センサの外観を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の温度センサの半導体基板の構成を示す平面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のＶｃ−Ｖｃ線における断面図である。 図１のチップ型水晶デバイスの製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。 図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）はチップ型水晶デバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は図７（ｃ）の続きを示す断面図である。 図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）及び図９（ｄ）はチップ型水晶デバイスの製造方法を説明するための斜視図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は変形例を説明するための模式図である。 図１１（ａ）は変形例に係る温度センサの断面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の温度センサの半導体基板の構成を示す平面図である。

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。実施形態に係るチップ型水晶デバイスは、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。

（チップ型水晶デバイスの全体構成）
図１（ａ）は、実施形態に係るチップ型水晶デバイス１（以下、「チップ１」ということがある。）の外観を示す天面１ａ側から見た斜視図である。図１（ｂ）は、チップ１の外観を示す底面１ｂ側から見た斜視図である。

チップ１は、例えば、概ね直方体状に形成されている。チップ１の大きさは適宜に設定されてよい。一例を挙げると、平面視における１辺の長さは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、厚さは、０．４ｍｍ以上２ｍｍ以下（ただし、平面視の短辺よりも小さい）である。チップ１の底面１ｂには、複数（図示の例では４つ）の外部端子３が露出している。チップ１は、例えば、不図示の回路基板に対して底面１ｂを対向させて配置され、回路基板に設けられたパッドと複数の外部端子３とがはんだ等からなるバンプを介して接合されることにより回路基板に実装される。

チップ１は、例えば、温度センサ付水晶振動子として機能するように構成されている。従って、例えば、チップ１は、複数の外部端子３の２つを介して不図示の回路基板に設けられた発振回路と接続され、固有振動を生じることにより一定の周波数の発振信号の生成に寄与する。また、チップ１は、例えば、チップ１の内部の温度に応じた信号強度の電気信号を複数の外部端子３の他の１つ又は２つを介して出力する。なお、当該他の２つの外部端子３の一方は、基準電位が付与されるものであってもよい。

チップ１は、例えば、水晶振動子５と、温度センサ１３０と、これらを封止する封止部９と、水晶振動子５及び温度センサ１３０と不図示の回路基板とを電気的に接続する再配線層１１とを有している。

封止部９は、概ね直方体状に形成されており、天面１ａと、その反対側に面する平面状の下面９ａを有している。水晶振動子５及び温度センサ１３０は、封止部９の下面９ａから下面を露出させつつ封止部９に埋設されている。再配線層１１は、下面９ａに重なっており、再配線層１１の下面に上述の複数の外部端子３を有している。水晶振動子５及び温度センサ１３０は、再配線層１１を介して複数の外部端子３と電気的に接続されている。このように、封止部９及び再配線層１１によって、水晶振動子５及び温度センサ１３０をパッケージングするパッケージが構成されている。

（水晶振動子）
図３は、水晶振動子５の構成を示す分解斜視図である。図４は、図３のIV−IV線における断面図である。

水晶振動子５は、水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止する保持器１１８とを有している。保持器１１８は、水晶素子１２０が収容される凹部Ｋ１が形成されているパッケージ１１０と、凹部Ｋ１の開口を塞いで凹部Ｋ１内を気密封止する蓋体１４０とを有している。

（水晶振動子のパッケージ）
パッケージ１１０は、例えば、基板部１１０ａと、基板部１１０ａに重なる枠部１１０ｂとを有している。凹部Ｋ１は、基板部１１０ａの上面と、枠部１１０ｂの内側面とで構成されている。基板部１１０ａ及び枠部１１０ｂの平面視における形状は例えば矩形である。基板部１１０ａ及び枠部１１０ｂ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である絶縁層からなる。基板部１１０ａ又は枠部１１０ｂ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。

基板部１１０ａの上面には、水晶素子１２０を接合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、基板部１１０ａの一辺に沿うように隣接して設けられている。

基板部１１０ａの下面の四隅には、水晶振動子５と他の電子回路とを接続するための一対の第一外部接続用電極端子Ｇ１及び一対の第二外部接続用電極端子Ｇ２が設けられている。一対の第一外部接続用電極端子Ｇ１は、基板部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基板部１１０ａの対角に位置するように設けられている。

特に図示しないが、基板部１１０ａの表面及び内部には、一対の電極パッド１１１と、一対の第一外部接続用電極端子Ｇ１とを電気的に接続するための配線パターン及びビア導体が設けられている。一対の第二外部接続用電極端子Ｇ２は、例えば、電気的に浮遊状態とされ、又は基準電位が付与される。一対の第二外部接続用電極端子Ｇ２のいずれか又は双方は、パッケージ１１０内の不図示のビア導体及び封止用導体パターン１１２を介して蓋体１４０と接続されていてもよい。

封止用導体パターン１１２は、枠部１１０ｂ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。

（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の枠部１１０ｂ上に載置され、枠部１１０ｂ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、枠部１１０ｂに接合される。

封止部材１４１は、パッケージ１１０の枠部１１０ｂ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。

（水晶素子）
水晶素子１２０は、図４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。

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。

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の一端を基板部１１０ａの上面と接続した固定端とし、他端を基板部１１０ａの上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が基板部１１０ａ上に固定されている。

水晶素板１２１の固定端側の外周縁は、平面視して、基板部１１０ａの一辺と平行であり、枠部１１０ｂの内周縁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。

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。

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。

水晶素子１２０の基板部１１０ａ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。

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。

（温度センサ）
図５（ａ）は、温度センサ１３０の外観を示す平面図である。図５（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５（ｃ）は、図５（ａ）のＶｃ−Ｖｃ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１３２ｎ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。

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。

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。

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。

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。

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。

従って、ダイオード１３４は、主面１３２ａを構成するｐ型領域１３２ｐ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１３２ｎ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。

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。

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。

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。

（封止部）
図１及び図２に戻って、封止部９は、チップ１の外形を再配線層１１と共に構成している。封止部９の外形は、例えば、概略、直方体状である。封止部９は、例えば、樹脂によって構成されている。樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂であり、熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂若しくはフェノール樹脂である。樹脂には、当該樹脂よりも熱膨張係数が低い材料により形成された絶縁性粒子からなるフィラーが混入されていてもよい。絶縁性粒子の材料は、例えば、シリカ、アルミナ、フェノール、ポリエチレン、グラスファイバー、グラファイトフィラーである。封止部９の寸法は、チップ１内部の素子（ここでは水晶振動子５及び温度センサ１３０）の保護及び／又は絶縁等の観点から適宜に設定されてよい。

（再配線層）
再配線層１１は、概ね一定の厚さの層状に形成されている。その平面形状は、例えば、概ね封止部９の下面９ａの平面形状に一致する形状であり、本実施形態では矩形である。再配線層１１は、例えば、絶縁層１５と、絶縁層１５の内部に設けられた複数の接続導体１７と、絶縁層１５の下面（封止部９とは反対側の面）に設けられた既述の複数の外部端子３とを有している。

絶縁層１５は、例えば、絶縁性を有する複数の層が積層されて構成されている。絶縁層１５を構成する複数の層は、互いに同一の材料から構成されていてもよいし、互いに異なる材料から構成されていてもよい。また、当該材料は、樹脂等の有機材料であってもよいし、ＳｉＯ_２等の無機材料であってもよいし、無機材料からなるフィラーが混入された樹脂のように、有機材料と無機材料とが混合されたものであってもよい。絶縁層１５の厚さ及び絶縁層１５を構成する複数の層それぞれの厚さは、チップ１内部の素子（ここでは水晶振動子５及び温度センサ１３０）の保護及び／又は絶縁等の観点から適宜に設定されてよい。

複数の接続導体１７は、例えば、水晶振動子５（一対の第一外部接続用電極端子Ｇ１）と２つの外部端子３とを接続する２つの接続導体１７と、温度センサ１３０（アノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａ）と他の２つの外部端子３とを接続する２つの接続導体１７とを含んでいる。

なお、アノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａの一方と接続される外部端子３は、基準電位と接続されていてもよい。別の観点では、温度センサ１３０の温度に応じた電圧（信号）は、アノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａの他方と接続される外部端子３を介して水晶振動子の外へ出力されてよい。

接続導体１７は、例えば、符号は付さないが、絶縁層１５の少なくとも一部を絶縁層１５の厚さ方向に貫通するビア導体、及び絶縁層１５の内部で絶縁層１５に平行に延びる配線パターンとを含んでいる。なお、チップ１内の電子素子（５、１３０）の端子と複数の外部端子３との位置関係及び接続関係によっては、上記配線パターンは設けられなくてもよい。この場合、絶縁層１５は、一の絶縁性の層から構成されていてもよい。

（各部の位置関係）
水晶振動子５は、一対の第一外部接続用電極端子Ｇ１及び一対の第二外部接続用電極端子Ｇ２を封止部９の下面９ａから露出させるようにして封止部９に埋設されている。水晶振動子５のパッケージ１１０の下面と封止部９の下面９ａとは概ね面一である。同様に、温度センサ１３０は、アノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａを封止部９の下面９ａから露出させるようにして封止部９に埋設されている。温度センサ１３０の半導体基板１３２の下面と封止部９の下面９ａとは概ね面一である。そして、再配線層１１は、封止部９の下面９ａ、水晶振動子５の封止部９から露出している部分及び温度センサ１３０の封止部９から露出している部分を覆っている。

平面視における水晶振動子５と温度センサ１３０との位置関係及び距離は適宜に設定されてよい。例えば、温度センサ１３０は、水晶振動子５に対して、水晶振動子５の短手方向（Ｄ２軸方向）に位置している。別の観点では、温度センサ１３０は、水晶振動子５に対して、水晶素子１２０の固定端と自由端とを結ぶ方向（Ｄ１軸方向）に対して直交する方向に位置している。また、例えば、当該短手方向に見て、温度センサ１３０は、水晶振動子５のＤ１軸方向における長さの範囲内に収まっている。ただし、温度センサ１３０は、水晶振動子５に対して水晶振動子５の長手方向に位置するなどしてもよい。

また、例えば、温度センサ１３０は、平面視したときに、水晶素子１２０の固定端と自由端とを結ぶ方向において、温度センサ１３０の中心（図形重心）が、水晶振動子５の中心（図形重心）に対して、固定端側（−Ｄ１側）に位置するように配置されている。ただし、温度センサ１３０は、水晶素子１２０の固定端と自由端とを結ぶ方向において、その中心が水晶振動子５の中心に一致してもよいし、自由端側に位置してもよい。

また、例えば、温度センサ１３０は、その短手方向を温度センサ１３０と水晶振動子５との並び方向（Ｄ２軸方向）に合わせるように配置されている。別の観点では、温度センサ１３０は、アノード端子１３１ｂ及びカソード端子１３１ａの並び方向を、温度センサ１３０と水晶振動子５との並び方向に直交させるように配置されている。ただし、温度センサ１３０は、上記とは９０°方向が異なっていてもよい。

（チップ型水晶デバイスの製造方法）
図６は、チップ１の製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。図７（ａ）〜図８（ｃ）は、チップ１の製造方法を説明するための断面図である。製造工程は、図７（ａ）から図８（ｃ）へ順に進む。図９（ａ）〜図９（ｄ）は、チップ１の製造方法を説明するための斜視図である。

ステップＳＴ１、図７（ａ）及び図９（ａ）では、支持体５１を準備する。支持体５１は、例えば、図９（ａ）に示すように、平坦な上面５１ａを有する部材であり、例えば、基板状である。その平面形状は適宜なものとされてよい。上面５１ａは、複数の第１領域５１ｂを有している。各第１領域５１ｂは、チップ１と同等の広さを有している。また、支持体５１は、例えば、図７（ａ）に示すように、樹脂シート５３に粘着剤５４が塗布されて構成され、不図示の支持具に支持される。なお、支持体５１は、不図示の支持具の平坦な上面に接着材若しくは粘着材が塗布されて形成されていてもよい。

なお、図７（ａ）〜図８（ｃ）では、２つの第１領域５１ｂに相当する部分が図示されている。図９（ｂ）及び図９（ｄ）では、１つの第１領域５１ｂに相当する部分が図示されている。

ステップＳＴ２、図７（ｂ）及び図９（ｂ）では、支持体５１の複数の第１領域５１ｂそれぞれにおいて、支持体５１の上面５１ａ上に水晶振動子５及び温度センサ１３０を配置する。水晶振動子５は、外部端子３側を上面５１ａに向けて配置される。同様に、温度センサ１３０は、カソード端子１３１ａ及びアノード端子１３１ｂを上面５１ａに向けて配置される。

ステップＳＴ３及び図７（ｃ）では、未硬化状態の封止材５５を支持体５１上に複数の第１領域５１ｂに亘って供給して硬化させる。これにより、複数の第１領域５１ｂに重なる複数の第２領域５７ｂ（図９（ｃ））を有するウェハ５７が構成される。複数の第２領域５７ｂそれぞれにおいては、水晶振動子５及び温度センサ１３０が硬化状態の封止材５５に埋設されている。封止材５５は、封止部９となるものである。

封止材５５の供給方法は適宜なものとされてよい。例えば、ディスペンサやスクリーン印刷によって液状の封止材５５が供給されてもよいし、加熱により液状の封止材５５になるシート状成形体が配置されてもよい。

封止材５５の硬化は、加圧を行いつつ封止材５５を加熱することによってなされる。その具体的方法は適宜なものとされてよい。例えば、支持体５１を支持する不図示の支持具のヒータによって加熱したり、及び／又は上方からヒータを有する型によって封止材５５を押圧してもよい。

ステップＳＴ４、図８（ａ）、図９（ｃ）及び図９（ｄ）では、支持体５１がウェハ５７から除去される。支持体５１の除去は、剥離によるものであってもよいし、支持体５１を溶融させたり、薬液に溶かしたりすることによって除去するものであってもよい。また、支持体５１が除去された面は、適宜に洗浄及び／又は研削若しくは研磨が行われてもよい。

ステップＳＴ５及び図８（ｂ）では、ウェハ５７の、支持体５１が除去された面に、再配線層１１が設けられる。再配線層１１の形成には、例えば、アディティブ法又はセミアディティブ法等の公知の方法が用いられてよい。

ステップＳＴ６及び図８（ｃ）では、ウェハ５７をダイシングして個片化する。これにより、チップ１が作製される。なお、ダイシングは、公知の方法によって行われてよく、例えば、ダイシングブレードによって行われてもよいし、レーザによって行われてもよい。

以上のとおり、チップ１は、水晶振動子５と、温度センサ１３０と、封止部９と、絶縁層１５と、外部端子３とを有している。水晶振動子５は、水晶素子１２０及び水晶素子１２０を空間内（凹部Ｋ１内）に気密封止する保持器１１８（パッケージ１１０及び蓋体１４０）を有している。封止部９は、水晶振動子５及び温度センサ１３０が埋設されているとともに、下面９ａから水晶振動子５の下面及び温度センサ１３０の下面を露出させている。絶縁層１５は、封止部９の下面９ａに重なっている。外部端子３は、絶縁層１５の下面に位置しており、水晶振動子５及び温度センサ１３０の少なくとも一方に電気的に接続されている。

すなわち、水晶素子１２０は、直接的には保持器１１８によって気密封止され、封止部９及び再配線層１１によって間接的に気密封止され、その一方で、温度センサ１３０は、封止部９及び再配線層１１によって直接的に気密封止されている。これにより、例えば、振動可能にパッケージングされる必要がある水晶素子１２０を空間内に配置しつつ、そのような必要がない温度センサ１３０を簡素にパッケージングすることができる。また、例えば、市販の水晶振動子５を用いて温度センサ付水晶振動子を実現することができる。

本実施形態では、電子素子は、絶縁層１５側の表面で温度を検出する温度センサ１３０を含んでいる。

ここで、水晶振動子５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、上述のように保持器１１８、封止部９及び再配線層１１によって水晶素子１２０をパッケージングしている構成においては、外部環境の温度変化は、再配線層１１を介して水晶素子１２０へ伝わりやすい。

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、基板部１１０ａの上面に実装されている（導電性接着剤１５０によって基板部１１０ａに接合されている）から、基板部１１０ａの温度変化の影響を受けやすい。そして、基板部１１０ａは、再配線層１１に重なっているから、水晶素子１２０の温度は、再配線層１１の温度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、外部端子３から第一外部接続用電極端子Ｇ１及び電極パッド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、再配線層１１の温度の影響を受けやすい。

一方、絶縁層１５（再配線層１１）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、検出温度が再配線層１１（別の観点では基板部１１０ａ）の温度に追従しやすくなる。温度センサ１３０は、再配線層１１に直接に当接しているから、一層、検出温度は再配線層１１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。

また、本実施形態では、温度センサ１３０は、絶縁層１５に対向しているとともに封止部９に埋設されているセンサ基板（半導体基板１３２）と、センサ基板の絶縁層１５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。

別の観点では、温度センサ１３０は、絶縁層１５に対向しているとともに封止部９に埋設されている半導体基板１３２を有しており、半導体基板１３２の絶縁層１５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。

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、チップ１の小型化を図ることができる。また、例えば、パッケージングされている場合に比較して、ダイオード１３４（測温部）は、基板部１１０ａ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。

また、本実施形態に係るチップ１の製造方法は、配置ステップ（ＳＴ２）、ウェハ形成ステップ（ＳＴ３）、除去ステップ（ＳＴ４）、再配線ステップ（ＳＴ５）及び個片化ステップ（ＳＴ６）を有している。配置ステップは、支持体５１上の複数の第１領域５１ｂそれぞれに、水晶振動子５及び電子素子（温度センサ１３０）を配置する。ウェハ形成ステップは、配置ステップの後に、未硬化状態の封止材５５を支持体５１上に複数の第１領域５１ｂに亘って供給して硬化させる。これにより、複数の第１領域５１ｂに重なる複数の第２領域５７ｂを有しているとともに複数の第２領域５７ｂそれぞれにおいて水晶振動子５及び温度センサ１３０が硬化状態の封止材５５に埋設されているウェハ５７が形成される。除去ステップは、封止ステップの後に、ウェハ５７から支持体５１を除去する。再配線ステップは、除去ステップの後に、ウェハ５７の支持体５１が除去された面に、絶縁層１５と、複数の第２領域５７ｂの水晶振動子５及び温度センサ１３０の少なくとも一方に接続されている複数の導体（３及び１７）とを設ける。再配線ステップの後に、複数の第２領域５７ｂを個片化する。

従って、上述したパッケージの構成を有するチップ１をウェハプロセスによって実現することができる。その結果、生産性が向上する。

（変形例）
以下、温度センサの構成に係る変形例を示す。なお、以下の変形例の説明では、上記の実施形態の構成と共通または類似する構成について、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、実施形態の構成と対応（類似）する構成については、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、実施形態の構成と同様とされてよい。

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１０（ａ）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。

また、図１０（ａ）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。このように、ｎ型領域１３２ｎとｐ型領域１３２ｐは、半導体基板の主面を一定方向に二分する構成でなくてもよい。

図１０（ｂ）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。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。

図１１（ａ）は、変形例に係る温度センサ２１１の断面図である。図１１（ｂ）は、温度センサ２１１の半導体基板の構成を示す平面図である。

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が再配線層１１に対向するとともに封止部９に埋設される構成である。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。

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。

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）、再配線層１１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。

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の両端を再配線層１１に対して接合してよい。

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。

チップ型圧電デバイスは、温度センサ付水晶振動子に限定されない。換言すれば、圧電振動子とともに封止される電子素子は、温度センサに限定されないいし、圧電体は、水晶に限定されない。

例えば、圧電デバイスは、水晶発振器であってもよい。具体的には、例えば、実施形態において、温度センサ１３０に代えて、水晶素子１２０に電圧を印加して発振信号を生成する発振回路を含むＩＣが設けられてもよい。ＩＣは、温度センサを含み、温度補償を行ってもよい。なお、発振回路を有するＩＣが設けられる場合、水晶素子１２０は、外部端子３ではなく、再配線層１１の導体を介してＩＣに接続される。ＩＣは、再配線層１１の導体を介して外部端子３とも接続される。

温度センサは、表面で温度を検出するものに限定されない。例えば、温度センサは、ｐ型層及びｎ型層が積層的に配置され、その積層方向の両側にアノード端子及びカソード端子を有するものであってもよいし、積層的に配置された複数の抵抗体（サーミスタ）を含み、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。

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、センサ基板と、センサ基板の再配線層１１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、絶縁基板の再配線層１１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。

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。

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再配線層１１側に寄せたり、ダイオードが形成された面を再配線層１１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再配線層１１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。

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（境界面）はｉ型領域（ｉ型層）である。

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再配線層１１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。

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基板部側の表面に偏って設けられていれば、基板部側の表面で温度を検出しているといえる。

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ＳｉＯ_２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。

圧電振動子及び／又は電子素子（温度センサ）は、天面が封止部の天面から露出していてもよい。また、封止部は、天面及び／又は側面が、互いに異なる材料からなる多層構造とされていてもよい。例えば、封止部は、その内面及び／又は外面の一部又は全部に、封止部の内部を構成する材料とは異なる材料からなるフィルムを含んでいてもよい。再配線層は、外部端子上に、又は外部端子としてバンプを有していてもよい。

１…チップ型水晶デバイス（チップ型圧電デバイス）、３…外部端子、５…水晶振動子（圧電振動子）、９…封止部、１５…絶縁層、１１８…保持器、１２０…水晶素子（圧電素子）、１３０…温度センサ（電子素子）。

Claims (5)

1. 圧電素子及び当該圧電素子を空間内に気密封止している保持器を有している圧電振動子と、
   電子素子と、
   前記圧電振動子及び前記電子素子が埋設されているとともに、下面から前記圧電振動子の下面及び前記電子素子の下面を露出させている封止部と、
   前記封止部の下面に重なっている絶縁層と、
   前記絶縁層の下面に位置しており、前記圧電振動子及び前記電子素子の少なくとも一方に電気的に接続されている外部端子と、
   を有しているチップ型圧電デバイス。
2. 前記電子素子は、前記絶縁層側の表面で温度を検出する温度センサを含んでいる
   請求項１に記載のチップ型圧電デバイス。
3. 前記電子素子は、
   前記絶縁層に対向しているとともに前記封止部に埋設されているセンサ基板と、
   前記センサ基板の前記絶縁層側に位置している、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又は２に記載のチップ型圧電デバイス。
4. 前記電子素子は、前記絶縁層に対向しているとともに前記封止部に埋設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絶縁層側の主面は、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１〜３のいずれか１項に記載のチップ型圧電デバイス。
5. 支持体上の複数の第１領域それぞれに、圧電振動子及び電子素子を配置する配置ステップと、
   前記配置ステップの後に、未硬化状態の封止材を前記支持体上に前記複数の第１領域に亘って供給して硬化させ、これにより、前記複数の第１領域に重なる複数の第２領域を有しているとともに当該複数の第２領域それぞれにおいて前記圧電振動子及び前記電子素子が硬化状態の前記封止材に埋設されているウェハを形成するウェハ形成ステップと、
   前記封止ステップの後に、前記ウェハから前記支持体を除去する除去ステップと、
   前記除去ステップの後に、前記ウェハの前記支持体が除去された面に、絶縁層と、前記複数の第２領域の前記圧電振動子及び前記電子素子の少なくとも一方に接続されている複数の導体とを設ける再配線ステップと、
   前記再配線ステップの後に、前記複数の第２領域を個片化する個片化ステップと、
   を有しているチップ型圧電デバイスの製造方法。

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