JP2019129437A - MEMS oscillator - Google Patents

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雅樹 山下
Masaki Yamashita
雅樹 山下
徹 森脇
Toru Moriwaki
徹 森脇
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Abstract

To provide a MEMS oscillator in which the influence of external stress is reduced as much as possible.SOLUTION: A MEMS oscillator includes: a base 6 having a housing recess 5; an IC chip 3 including an oscillator circuit; a MEMS element 2 including a MEMS resonator; and a lid 7 closing an opening of the housing recess 5. The housing recess 5 housing the IC chip 3 and the MEMS element 2 therein is hermetically sealed with the lid 7. At least the MEMS element 2 is exposed in a space S that has an outer peripheral surface formed by joining the housing recess 5 and the lid 7. The IC chip 3 with a substantially rectangular shape in plan view is housed such that the longitudinal direction of the IC chip is a direction orthogonal to the longitudinal direction of the base 6 with a substantially rectangular shape in plan view.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、MEMS共振子を備えたMEMS発振器に関する。   The present invention relates to a MEMS oscillator provided with a MEMS resonator.

近年、MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems:微小電気機械システム)技術を用いたMEMSデバイスの開発が広く行われている。MEMS技術とは、シリコンなどの半導体製造プロセス等における技術を応用して種々の機械要素の小型化を実現する技術であり、マイクロマシンと呼ばれる場合もある。   In recent years, development of MEMS devices using MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) technology has been widely performed. The MEMS technology is a technology for realizing miniaturization of various mechanical elements by applying a technology in a semiconductor manufacturing process of silicon or the like, and may be called a micromachine.

このようなMEMS技術を用いて製造されるMEMSデバイスとして、例えば、特許文献1には、MEMS技術を用いて製作されたセンサチップと、ICチップとを樹脂でパッケージしたデバイスが開示されている。この特許文献1では、その図4に記載されているように、センサチップがフリップチップボンディングされたICチップを、リードフレームに組み付け、センサチップ及びICチップの全体を樹脂モールドしている。   As a MEMS device manufactured using such a MEMS technology, for example, Patent Document 1 discloses a device in which a sensor chip manufactured using a MEMS technology and an IC chip are packaged with a resin. In Patent Document 1, as shown in FIG. 4, an IC chip to which a sensor chip is flip-chip bonded is assembled to a lead frame, and the entire sensor chip and IC chip are resin-molded.

特表2005−528995号公報JP 2005-528995 gazette

上記特許文献1のMEMSデバイスでは、MEMS技術を用いて製作されたMEMS素子であるセンサチップは、ICチップと共に完全に樹脂で覆われているために、温度変化による樹脂の膨張と収縮によって生じる応力と、センサチップの材料である単結晶シリコンと樹脂との線膨張係数の差異により発生する応力とがセンサチップに加わることになり、特に高精度が要求されるアプリケーションでは、これらの応力の影響を無視できなくなる。   In the MEMS device disclosed in Patent Document 1, since the sensor chip, which is a MEMS element manufactured using the MEMS technology, is completely covered with resin together with the IC chip, stress caused by expansion and contraction of the resin due to temperature change. And stress generated by the difference in linear expansion coefficient between single crystal silicon, which is the material of the sensor chip, and the resin, is applied to the sensor chip. It cannot be ignored.

特に、MEMS素子が、MEMS発振器を構成するMEMS共振子(MEMSレゾネータ)である場合には、これらの応力が、例えばMEMS共振子に歪みを生じさせ、発振振周波数が温度に対して変化する、いわゆる周波数温度特性の本来の特性からの変動や、温度に対する周波数ヒステリシス特性が悪化する等の現象が生じてしまう。   In particular, when the MEMS element is a MEMS resonator (MEMS resonator) that constitutes a MEMS oscillator, these stresses cause, for example, distortion in the MEMS resonator, and the oscillation frequency changes with temperature. So-called fluctuation of the so-called frequency temperature characteristics from the original characteristics or phenomena such as deterioration of the frequency hysteresis characteristics with respect to temperature occur.

また、MEMS発振器が実装される回路基板からの外部応力の影響もある。   There is also the effect of external stresses from the circuit board on which the MEMS oscillator is mounted.

本発明は、上記のような点に鑑みて為されたものであって、外部応力の影響を可及的に低減したMEMS発振器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a MEMS oscillator in which the influence of external stress is reduced as much as possible.

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。   The present invention is configured as follows to achieve the above object.

すなわち、本発明のMEMS発振器は、収納凹部を有するベースと、発振回路を含む集積回路素子と、MEMS共振子を含むMEMS素子と、前記収納凹部の開口を閉塞する蓋体とを備え、前記集積回路素子及び前記MEMS素子が収納された前記収納凹部が、前記蓋体によって気密に封止され、少なくとも前記MEMS素子は、その外周面が前記収納凹部と前記蓋体との接合によって形成される空間内に露出しており、前記ベース及び前記集積回路素子は、平面視略矩形であり、前記集積回路素子は、その長手方向が、前記ベースの長手方向に対して直交する方向となるように前記収納凹部に収納されている。   That is, a MEMS oscillator according to the present invention includes a base having a housing recess, an integrated circuit element including an oscillation circuit, a MEMS element including a MEMS resonator, and a lid that closes an opening of the housing recess, and The housing recess in which the circuit element and the MEMS element are housed is hermetically sealed by the lid, and at least the MEMS element has a space formed by joining the housing recess and the lid to the outer peripheral surface. The base and the integrated circuit element are substantially rectangular in a plan view, and the integrated circuit element has the longitudinal direction perpendicular to the longitudinal direction of the base. It is stored in the storage recess.

前記MEMS素子は、その能動面が前記集積回路素子の能動面に対向するように、前記集積回路素子に接合されているのが好ましい。   The MEMS device is preferably bonded to the integrated circuit device such that the active surface faces the active surface of the integrated circuit device.

本発明のMEMS発振器によれば、MEMS共振子を含むMEMS素子の外周面は、ベースの収納凹部と蓋体との接合によって形成される空間内に露出しているので、MEMS素子の外周面が樹脂で覆われて、空間内に露出していない上記特許文献1のように樹脂の膨張、収縮による応力を受けることがない。これによって、MEMS素子が周囲の樹脂の応力を受けて歪むといったことがなく、MEMS発振器の周波数温度特性の変動や、温度に対する周波数ヒステリシス特性を改善することができる。   According to the MEMS oscillator of the present invention, the outer peripheral surface of the MEMS element including the MEMS resonator is exposed in the space formed by joining the housing recess and the lid, so that the outer peripheral surface of the MEMS element is It does not receive the stress by expansion and contraction of resin like the above-mentioned patent documents 1 covered with resin and not exposed in the space. As a result, the MEMS element is not distorted by the stress of the surrounding resin, and the variation of the frequency temperature characteristic of the MEMS oscillator and the frequency hysteresis characteristic with respect to the temperature can be improved.

集積回路素子及びMEMS素子を収納する平面視略矩形のベースは、当該MEMS発振器が実装された回路基板の温度変化等に起因する変形によって変位するが、この変位は、ベースの短辺方向に比べて、ベースの長辺方向、すなわち、ベースの長手方向の方が大きくなる。   The base having a substantially rectangular shape in plan view that houses the integrated circuit element and the MEMS element is displaced due to deformation caused by a temperature change of the circuit board on which the MEMS oscillator is mounted. This displacement is smaller than the short side direction of the base. The longitudinal direction of the base, ie, the longitudinal direction of the base is larger.

平面視略矩形の集積回路素子は、当該集積回路素子が収納されるベースの変位による応力を受けるが、その応力は、集積回路素子の短辺方向に比べて、長辺方向、すなわち、集積回路素子の長手方向の方が大きくなる。   The integrated circuit device having a rectangular shape in plan view receives stress due to the displacement of the base in which the integrated circuit device is housed, but the stress is in the long side direction, ie, the integrated circuit as compared to the short side direction of the integrated circuit device. The longitudinal direction of the element is larger.

本発明では、集積回路素子は、ベースから受ける応力が大きくなる、その長手方向を、回路基板の変形による変位が大きくなる、ベースの長手方向ではなく、長手方向に対して直交する方向、すなわち、ベースの短辺方向となるようにベースに収納されているので、集積回路素子を、その長手方向をベースの長手方向となるようにベースに収納した場合に比べて、集積回路素子がベースから受ける応力を低減することができる。   In the present invention, the integrated circuit element receives a large stress from the base, and its longitudinal direction is not displaced by the deformation of the circuit board. Since the integrated circuit element is accommodated in the base in the direction of the short side of the base, the integrated circuit element is received from the base as compared to the case where the integrated circuit element is accommodated in the base with the longitudinal direction being the longitudinal direction of the base. Stress can be reduced.

このように集積回路素子がベースから受ける応力を低減することによって、この集積回路素子の能動面に対向するように接合されたMEMS素子に作用する応力を緩和することができる。   By reducing the stress that the integrated circuit element receives from the base in this way, the stress that acts on the MEMS element joined so as to face the active surface of the integrated circuit element can be relaxed.

前記集積回路素子の前記能動面とは反対側の非能動面が、接着剤を介して前記収納凹部の底面に接合されているのが好ましい。   Preferably, the non-active surface opposite to the active surface of the integrated circuit element is bonded to the bottom surface of the housing recess via an adhesive.

上記構成によれば、ベースの収納凹部の底面に接合された集積回路素子の能動面に、MEMS素子を接合することができるので、ベースとMEMS素子との間に、集積回路素子が介在することになる。これによって、MEMS素子を直接ベースに接合する構成に比べて、ベースからMEMS素子に作用する応力を低減することができる。また、接着剤として、樹脂系の接着剤を使用することによって、ベースから集積回路素子に作用する応力を緩和することができ、したがって、集積回路素子に搭載されたMEMS素子に作用する応力を一層緩和することができる。   According to the above configuration, since the MEMS element can be bonded to the active surface of the integrated circuit element bonded to the bottom surface of the base recess, the integrated circuit element is interposed between the base and the MEMS element. become. By this, compared with the structure which joins a MEMS element to a base directly, the stress which acts on a MEMS element from a base can be reduced. Also, by using a resin adhesive as the adhesive, it is possible to relieve the stress acting on the integrated circuit element from the base, thus further increasing the stress acting on the MEMS element mounted on the integrated circuit element. Can be relaxed.

前記ベースは、硬度が高く耐熱性及び耐腐食性等に優れたセラミック材料からなるのが好ましい。   The base is preferably made of a ceramic material having high hardness and excellent heat resistance and corrosion resistance.

前記ベースの前記収納凹部の内周壁には、前記収納凹部の底面よりも高い段部が形成されているのが好ましい。   It is preferable that a stepped portion higher than the bottom surface of the storage recess is formed on the inner peripheral wall of the storage recess of the base.

上記構成によれば、ベースに段部が形成されているので、ベースの厚みが増して剛性が高まることになる。これによって、当該MEMS発振器が実装される回路基板等の外部からの応力を低減することができ、ベースの収納凹部に収納されているMEMS素子に作用する応力を低減することができる。   According to the above configuration, since the stepped portion is formed in the base, the thickness of the base is increased and the rigidity is enhanced. Thereby, it is possible to reduce stress from the outside of a circuit board or the like on which the MEMS oscillator is mounted, and it is possible to reduce stress acting on the MEMS element housed in the housing housing recess.

本発明によれば、MEMS共振子を含むMEMS素子の外周面は、ベースの収納凹部と蓋体との接合によって形成される空間内に露出しているので、MEMS素子の外周面が樹脂で完全に覆われて、空間内に露出していない上記特許文献1のように樹脂の温度変化などによる膨張、収縮による応力を受けることがない。これによって、MEMS素子が周囲の樹脂の応力を受けて歪むといったことがなく、MEMS発振器の周波数温度特性の変動や、温度に対する周波数ヒステリシス特性を改善することができる。   According to the present invention, since the outer peripheral surface of the MEMS element including the MEMS resonator is exposed in the space formed by the junction of the storage recess of the base and the lid, the outer peripheral surface of the MEMS element is completely made of resin. As in the above-mentioned patent document 1 which is not exposed in the space, it does not receive stress due to expansion and contraction due to temperature change of the resin. As a result, the MEMS element is not distorted by the stress of the surrounding resin, and the variation of the frequency temperature characteristic of the MEMS oscillator and the frequency hysteresis characteristic with respect to the temperature can be improved.

また、集積回路素子は、その長手方向を、当該MEMS発振器が実装される回路基板の変形による変位が大きくなる、ベースの長手方向ではなく、長手方向に対して直交する方向、すなわち、ベースの短辺方向となるようにベースに収納されているので、集積回路素子を、その長手方向をベースの長手方向となるようにベースに収納した場合に比べて、集積回路素子がベースから受ける応力を低減することができる。   In addition, the integrated circuit device has a longitudinal direction that is orthogonal to the longitudinal direction of the base, not a longitudinal direction of the base where the displacement due to the deformation of the circuit board on which the MEMS oscillator is mounted increases. Since the integrated circuit device is accommodated in the base in the side direction, the stress received by the integrated circuit device from the base is reduced as compared to the case where the integrated circuit device is accommodated in the base in the longitudinal direction of the base. can do.

このように集積回路素子がベースから受ける応力を低減することによって、この集積回路素子に接合されるMEMS素子に作用する応力を緩和することができる。   By reducing the stress that the integrated circuit device receives from the base in this manner, it is possible to relieve the stress acting on the MEMS device bonded to the integrated circuit device.

図1は本発明の一実施形態に係るMEMS発振器の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a MEMS oscillator according to an embodiment of the present invention. 図2は図1のMEMS発振器のリッドを外した状態の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the MEMS oscillator of FIG. 1 with the lid removed. 図3は比較例の図2に対応する平面図である。FIG. 3 is a plan view corresponding to FIG. 2 of the comparative example. 図4は本発明の他の実施形態に係るMEMS発振器の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a MEMS oscillator according to another embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.

(実施形態1)
図1は、本発明の一実施形態に係るMEMS発振器の断面図であり、図2は、図1のMEMS発振器のリッドを外した状態の平面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a MEMS oscillator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the MEMS oscillator of FIG. 1 with a lid removed.

この実施形態のMEMS発振器1は、MEMS共振子(MEMSレゾネータ)を含むMEMS素子2と、発振回路を含む集積回路素子としてのICチップ3と、これらを収納して気密に封止するパッケージ4とを備えている。   The MEMS oscillator 1 according to this embodiment includes a MEMS element 2 including a MEMS resonator (MEMS resonator), an IC chip 3 as an integrated circuit element including an oscillation circuit, and a package 4 that houses these and hermetically seals them. It has.

パッケージ4は、上部が開口した収納凹部5を有し、MEMS素子2及びICチップ3を収納保持するベース6と、ベース6の上部開口を閉塞して、収納凹部5を気密封止する蓋体としてのリッド7と、リッド7をベース6に接合するシールリング8とを備えている。   The package 4 has a storage recess 5 opened at the top, a base 6 for storing and holding the MEMS element 2 and the IC chip 3, and a lid closing the upper opening of the base 6 to hermetically seal the storage recess 5. And a seal ring 8 for joining the lid 7 to the base 6.

ベース6は、平面視略矩形であり、アルミナ等のセラミック材料からなり、セラミックグリーンシートを積層して上部が開口した凹状に一体焼成して構成されている。   The base 6 has a substantially rectangular shape in a plan view, is made of a ceramic material such as alumina, and is formed by laminating ceramic green sheets and integrally firing into a concave shape having an open top.

ベース6の収納凹部5は、平面視略矩形であり、ベース6の長手方向である長辺方向(図1,図2の左右方向)の両端の内周壁に、収納凹部5の底面5aよりも高い段部5b,5cが、ベース6の短辺方向(図2の上下方向)に沿ってそれぞれ設けられている。各段部5b,5cの底面5aからの高さは略等しく、各段部5b,5cの上面には、ICチップ3接続用の導体配線パターンからなる複数の接続電極9b,9cがそれぞれ形成されている。   The storage recess 5 of the base 6 has a substantially rectangular shape in plan view, and is closer to the inner peripheral walls at both ends in the long side direction (the left-right direction in FIGS. 1 and 2) than the bottom surface 5 a of the storage recess 5. High steps 5 b and 5 c are respectively provided along the short side direction (vertical direction in FIG. 2) of the base 6. The height from the bottom surface 5a of each stepped portion 5b, 5c is substantially equal, and on the upper surface of each stepped portion 5b, 5c, a plurality of connection electrodes 9b, 9c formed of a conductor wiring pattern for connecting IC chip 3 are formed. ing.

このようにベース6の収納凹部5の内周壁には、底面5aより高い段部5b,5cが形成されてベース6が厚くなっているので、段部が形成されていない構成に比べて、ベース6の剛性が高まる。これによって、当該MEMS発振器1が実装される回路基板からの外部応力を低減することができ、ベース6の収納凹部5に収納されているICチップ3及びMEMS素子2への外部応力を低減することができる。   As described above, since the stepped portions 5b and 5c higher than the bottom surface 5a are formed on the inner peripheral wall of the housing recessed portion 5 of the base 6 and the base 6 is thicker, the base is compared with the configuration in which the stepped portion is not formed. The rigidity of 6 increases. Thereby, the external stress from the circuit board on which the MEMS oscillator 1 is mounted can be reduced, and the external stress to the IC chip 3 and the MEMS element 2 stored in the housing recess 5 of the base 6 is reduced. Can do.

ICチップ3は、例えば、特定用途向け集積回路(ASIC)であり、MEMS素子2と共に、発振回路を構成する。このICチップ3には、必要に応じてPLL回路や温度補償回路等が内蔵される。このICチップ3は、平面視略矩形である。ICチップ3は、その能動面(上面)とは反対側の非能動面(下面)が、ベース6の収納凹部5の底面5aに、樹脂系の導電性接着剤10によって接合されている。この樹脂系の導電性接着剤10としては、例えば、ポリイミド系、エポキシ系、あるいは、シリコン系の導電性接着剤などを使用することができる。   The IC chip 3 is, for example, an application specific integrated circuit (ASIC), and constitutes an oscillation circuit together with the MEMS element 2. The IC chip 3 incorporates a PLL circuit, a temperature compensation circuit, and the like as needed. The IC chip 3 is substantially rectangular in plan view. The IC chip 3 has a non-active surface (lower surface) opposite to the active surface (upper surface) bonded to the bottom surface 5 a of the housing recess 5 of the base 6 by a resin-based conductive adhesive 10. As the resin-based conductive adhesive 10, for example, a polyimide-based, epoxy-based, or silicon-based conductive adhesive can be used.

ベース6の収納凹部5の底面5aには、ベタのグランド配線パターン(図示せず)が形成されており、ICチップ3の裏面を、導電性接着剤10を介してグランド配線パターンに接続し、ICチップ3の裏面の電位をグランド電位に固定している。   A solid ground wiring pattern (not shown) is formed on the bottom surface 5a of the housing recess 5 of the base 6, and the back surface of the IC chip 3 is connected to the ground wiring pattern via the conductive adhesive 10. The potential of the back surface of the IC chip 3 is fixed to the ground potential.

ICチップ3の能動面には、その周縁部に、ベース6の上記接続電極9b,9cにそれぞれ接続される複数の電極パッド11b,11cが形成されている。また、ICチップ3の能動面の中央側には、MEMS素子2を搭載するための図示しない電極パッドが形成されている。   On the active surface of the IC chip 3, a plurality of electrode pads 11 b and 11 c connected to the connection electrodes 9 b and 9 c of the base 6 are formed on the periphery thereof. Further, on the center side of the active surface of the IC chip 3, an electrode pad (not shown) for mounting the MEMS element 2 is formed.

ICチップ3の各電極パッド11b,11cは、ベース6の段部5b,5c上に形成された対応する接続電極9b,9cにボンディングワイヤー12b,12cによってそれぞれ電気的に接続されている。ボンディングワイヤー12b,12cの素材としては、信頼性の観点からAuが好ましいが、Cuなどであってもよい。   The electrode pads 11b and 11c of the IC chip 3 are electrically connected to the corresponding connection electrodes 9b and 9c formed on the stepped portions 5b and 5c of the base 6 by bonding wires 12b and 12c, respectively. As a material of the bonding wires 12b and 12c, Au is preferable from the viewpoint of reliability, but Cu or the like may be used.

MEMS素子2は、上記のMEMS技術を用いて製作された素子であり、Si共振子を含んでおり、可動部分が気密封止されている。この実施形態のMEMS素子2は、酸化膜上にシリコン単結晶層を形成した構造のシリコンウェーハであるSOI(Silicon on Insulator)ウェーハを用いて製作されたものである。   The MEMS element 2 is an element manufactured using the above-described MEMS technology, includes a Si resonator, and the movable portion is hermetically sealed. The MEMS element 2 of this embodiment is manufactured using an SOI (Silicon on Insulator) wafer which is a silicon wafer having a structure in which a silicon single crystal layer is formed on an oxide film.

このMEMS素子2は、ICチップ3の外形より小さく、その能動面がICチップ3の能動面に対向するように、ICチップ3に接合されている。すなわち、MEMS素子2は、その能動面の電極パッドとICチップ3の接続パッドとが、金属バンプであるAuバンプ13によってフリップチップ接続されている。金属バンプは、Auバンプに限らず、半田バンプなどであってもよい。   The MEMS element 2 is smaller than the outer shape of the IC chip 3 and is bonded to the IC chip 3 so that its active surface faces the active surface of the IC chip 3. That is, in the MEMS element 2, the electrode pads on the active surface thereof and the connection pads of the IC chip 3 are flip chip connected by the Au bumps 13 which are metal bumps. The metal bumps are not limited to Au bumps, but may be solder bumps or the like.

MEMS素子2とICチップ3との間の隙間には、機械的接合強度を向上させるために封止樹脂としてのアンダーフィル樹脂を充填してもよい。   The gap between the MEMS element 2 and the IC chip 3 may be filled with an underfill resin as a sealing resin in order to improve the mechanical bonding strength.

ベース6の接続電極9b,9cは、ベース6の内部に形成された図示しない導体配線パターンによって、ベースの下面に形成された外部接続端子(図示せず)に接続されている。   The connection electrodes 9 b and 9 c of the base 6 are connected to external connection terminals (not shown) formed on the lower surface of the base by a conductor wiring pattern (not shown) formed inside the base 6.

リッド7は、例えばコバールなどの金属からなり、矩形の平板となっている。   The lid 7 is made of, for example, a metal such as Kovar, and is a rectangular flat plate.

このリッド7は、コバールなどからなる封止材としての矩形環状のシールリング8によって、ベース6の開口の周縁部にシーム溶接などで接合され、パッケージ4の内部に気密な空間Sが形成される。この接合は、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中または真空雰囲気中で行われ、パッケージ4の内部の空間Sは、窒素ガス等の不活性ガスが封入または真空とされる。このようにシールリング8を備えているので、シールリングのない構成に比べて、パッケージ4が変形しにくいものとなる。   The lid 7 is joined to the periphery of the opening of the base 6 by seam welding or the like by a rectangular annular seal ring 8 as a sealing material made of Kovar or the like, and an airtight space S is formed inside the package 4. . This bonding is performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or in a vacuum atmosphere, and the space S inside the package 4 is filled with an inert gas such as nitrogen gas or vacuum. Since the seal ring 8 is provided as described above, the package 4 is less likely to be deformed as compared with the configuration without the seal ring.

なお、リッド7には、上記した金属以外に、セラミックス、樹脂、あるいはガラスなどを用いることができ、例えばガラス製のリッドを用いた場合には、低融点ガラスを接合材として用いるなど、リッドの材料に応じて適宜に接合材を選定し、ベース6とリッド7との接合を行うことができる。   In addition to the above-mentioned metal, ceramics, resin, glass, or the like can be used for the lid 7. For example, when a glass lid is used, a low melting point glass is used as a bonding material. A bonding material can be appropriately selected according to the material, and bonding between the base 6 and the lid 7 can be performed.

この実施形態によれば、MEMS素子2の外周面、具体的には、MEMS素子2の能動面以外の外周面は、ベース6の収納凹部5とリッド7との接合によって形成される空間S内に露出している。   According to this embodiment, the outer peripheral surface of the MEMS element 2, specifically, the outer peripheral surface other than the active surface of the MEMS element 2 is in the space S formed by the junction of the storage recess 5 of the base 6 and the lid 7. Is exposed.

このようにMEMS素子2の外周面が、空間S内に露出しているので、MEMS素子の外周面を完全に樹脂で封止して、空間に露出していない上記特許文献1のように、温度変化などによる樹脂の膨張、収縮による応力をMEMS素子2が受けることがない。これによって、MEMS素子2が、周囲の樹脂の応力によって歪むといった事態を回避することができ、MEMS発振器1の周波数温度特性の変動や、温度に対する周波数ヒステリシス特性を改善することができる。   As described above, since the outer peripheral surface of the MEMS element 2 is exposed in the space S, the outer peripheral surface of the MEMS element is completely sealed with resin as in the above-mentioned Patent Document 1 which is not exposed in the space. The MEMS element 2 is not subjected to stress due to expansion or contraction of the resin due to temperature change or the like. As a result, it is possible to avoid a situation in which the MEMS element 2 is distorted by the stress of the surrounding resin, and it is possible to improve the variation of the frequency temperature characteristic of the MEMS oscillator 1 and the frequency hysteresis characteristic with respect to the temperature.

しかも、MEMS素子2は、ベース6の収納凹部5に固着されたICチップ3上に搭載されるので、MEMS素子2とベース6との間には、ICチップ3が介在することになる。これによって、MEMS素子2をベース6に直接接合するのに比べて、MEMS素子2に作用するベース6からの応力を一層低減することができ、MEMS素子2の特性変動を低減することができる。   In addition, since the MEMS element 2 is mounted on the IC chip 3 fixed to the housing recess 5 of the base 6, the IC chip 3 is interposed between the MEMS element 2 and the base 6. By this, compared with direct bonding of the MEMS element 2 to the base 6, the stress from the base 6 acting on the MEMS element 2 can be further reduced, and the characteristic variation of the MEMS element 2 can be reduced.

更に、ICチップ3は、樹脂製の導電性接着剤10によって、ベース6の収納凹部5の底面5aに接合されるので、ベース6からの応力を緩和することができ、ICチップ3に接合されたMEMS素子2に作用する応力を低減することができる。   Furthermore, since the IC chip 3 is bonded to the bottom surface 5 a of the housing recess 5 of the base 6 by the conductive adhesive 10 made of resin, stress from the base 6 can be relieved, and the IC chip 3 is bonded to the IC chip 3. The stress acting on the MEMS element 2 can be reduced.

また、この実施形態では、MEMS素子2のみならず、ICチップ3の外周も空間S内に露出しているので、ICチップの外周面を完全に樹脂で封止して、空間に露出していない上記特許文献1のように温度変化などによる樹脂の膨張、収縮による応力をICチップ3が受けることがない。   In this embodiment, since not only the MEMS element 2 but also the outer periphery of the IC chip 3 is exposed in the space S, the outer peripheral surface of the IC chip is completely sealed with resin and exposed to the space. As in the above-mentioned Patent Document 1, the IC chip 3 is not subjected to stress due to expansion and contraction of the resin due to temperature change and the like.

MEMS技術を用いて製作されたMEMS素子2は、非常に小さいので、MEMS発振器1の小型化を図ることができる。   Since the MEMS element 2 manufactured using the MEMS technology is very small, the MEMS oscillator 1 can be miniaturized.

このMEMS発振器1は、ベース6の下面の外部接続端子(図示せず)が、回路基板に半田付けされて実装される。回路基板が温度変化等によって変形すると、ベース6が変位することになるが、この変位は、平面視略矩形のベース6の短辺方向(図2の上下方向)に比べて、長辺方向、すなわち、ベース6の長手方向(図1,図2の左右方向)の方が大きくなる。   The MEMS oscillator 1 is mounted by soldering an external connection terminal (not shown) on the lower surface of the base 6 to a circuit board. When the circuit board is deformed due to a temperature change or the like, the base 6 is displaced. This displacement is in the long side direction, as compared with the short side direction (vertical direction in FIG. 2) of the base 6 substantially rectangular in plan view. That is, the longitudinal direction (left and right direction in FIGS. 1 and 2) of the base 6 becomes larger.

このベース6に収納されるICチップ3も平面視略矩形であり、ベース6の変位によって受ける応力は、ICチップ3の短辺方向に比べて、長辺方向、すなわち、ICチップ3の長手方向の方が大きくなる。   The IC chip 3 housed in the base 6 is also substantially rectangular in plan view, and the stress received by the displacement of the base 6 is longer than the short side direction of the IC chip 3, ie, the longitudinal direction of the IC chip 3. Is bigger.

この実施形態では、回路基板の変形によって、ベース6を介してICチップ3が受ける応力を低減し、更には、ICチップ3に接合されるMEMS素子2に作用する応力を低減するために、次のようにしている。   In this embodiment, in order to reduce the stress applied to the IC chip 3 through the base 6 due to the deformation of the circuit board, and further to reduce the stress acting on the MEMS element 2 bonded to the IC chip 3, Like that.

すなわち、ICチップ3は、図2に示すように、その長手方向(図2の上下方向)が、ベース6の長手方向(図2の左右方向)に対して直交する方向となるように、ベース6の収納凹部5に収納されている。   That is, as shown in FIG. 2, the IC chip 3 has a base direction so that its longitudinal direction (vertical direction in FIG. 2) is perpendicular to the longitudinal direction of the base 6 (horizontal direction in FIG. 2). It is stored in the storage recess 5 of 6.

つまり、ICチップ3は、ベース6から受ける応力が大きくなる、その長手方向を、回路基板の変形による変位が大きくなる、ベース6の長手方向ではなはなく、長手方向に対して直交する方向、すなわち、ベース6の短辺方向(図2の上下方向)となるようにベース6に収納されている。   That is, the IC chip 3 receives stress from the base 6 and the longitudinal direction thereof is displaced by the deformation of the circuit board. The IC chip 3 is not the longitudinal direction of the base 6 but a direction orthogonal to the longitudinal direction. That is, the base 6 is accommodated so as to be in the direction of the short side of the base 6 (vertical direction in FIG. 2).

これによって、例えば、図3に示すように、ICチップ3を、その長手方向が(図3の左右方向)ベース6の長手方向(図3の左右方向)となるようにベース6に収納した場合に比べて、ICチップ3がベース6から受ける応力を低減することができる。   Thus, for example, as shown in FIG. 3, when the IC chip 3 is stored in the base 6 so that the longitudinal direction thereof is (the left-right direction in FIG. 3) the longitudinal direction of the base 6 (the left-right direction in FIG. 3). In comparison with the above, the stress that the IC chip 3 receives from the base 6 can be reduced.

したがって、ICチップ3に接合されているMEMS素子2に作用する応力を低減することができる。   Therefore, the stress acting on the MEMS element 2 bonded to the IC chip 3 can be reduced.

このように、ICチップ3を、その長手方向がベース6の長手方向に対して直交する方向となるように収納することによって、ベース6からICチップ3に加わる応力を低減することができるので、ICチップ3に接合されたMEMS素子2に作用する応力を低減することができる。これによって、MEMS素子2の特性変動を低減して、MEMS発振器1の周波数温度特性の変動や、温度に対する周波数ヒステリシス特性を改善することができる。   As described above, the stress applied to the IC chip 3 from the base 6 can be reduced by storing the IC chip 3 so that the longitudinal direction thereof is perpendicular to the longitudinal direction of the base 6. The stress acting on the MEMS element 2 bonded to the IC chip 3 can be reduced. By this, it is possible to reduce the characteristic fluctuation of the MEMS element 2 and improve the fluctuation of the frequency temperature characteristic of the MEMS oscillator 1 and the frequency hysteresis characteristic with respect to the temperature.

(実施形態2)
図4は、本発明の他の実施形態のMEMS発振器11の断面図であり、上述の実施形態に対応する部分には、対応する参照符号を付す。
Second Embodiment
Figure 4 is a cross-sectional view of a MEMS oscillator 1 1 of another embodiment of the present invention, the parts corresponding to the embodiments described above are denoted by the corresponding reference numerals.

この実施形態のMEMS発振器11は、ICチップ31を、ベース61の図示しない複数の接続電極に、ワイヤーボンディングによって接続するのではなく、フリップチップによって接続するようにしている。 MEMS oscillator 1 1 of this embodiment, the IC chip 3 1, a plurality of connection electrodes (not shown) of the base 61, rather than connected by wire bonding, are to be connected by flip-chip.

パッケージ41を構成するベース61は、MEMS素子2及びICチップ31を収納する収納凹部51を有している。この収納凹部51には、その平面視略矩形の内周壁の全周に、収納凹部51の底面51aよりも高い段部51bが設けられている。この段部51bは、MEMS素子2に対応した比較的狭い矩形の領域を囲むように形成されている。すなわち、段部51bと収納凹部51の底面51aによって、MEMS素子2を収納する空間が区画されている。この段部51bの上面には、導体配線パターンからなる複数の接続電極がそれぞれ形成されている。 Base 6 1 constituting the package 4 1 has a housing recess 5 1 for housing the MEMS device 2 and the IC chip 3 1. The housing recess 5 1, the entire circumference of the inner circumferential wall of the generally rectangular plan view, a high step portion 5 1 b is provided from the bottom surface 5 1 a of the housing recess 5 1. The stepped portion 5 1 b is formed so as to surround a relatively narrow rectangular region corresponding to the MEMS device 2. That is, the stepped portion 5 1 b and the housing recess 5 1 of the bottom surface 5 1 a, space for housing the MEMS device 2 is partitioned. A plurality of connection electrodes made of a conductor wiring pattern are formed on the upper surface of the stepped portion 5 1 b.

ICチップ31は、その能動面の周縁部の電極パッドが、ベース61の段部51b上の接続電極91に、金属バンプであるAuバンプ15によってフリップチップ接続されている。金属バンプは、Auバンプに限らず、半田バンプなどであってもよい。 IC chip 3 1, the electrode pad of the peripheral edge of the active face is, the connection electrodes 9 1 on the step portion 5 1 b of the base 61 is flip-chip connected by Au bumps 15 are metal bumps. The metal bumps are not limited to Au bumps, and may be solder bumps.

MEMS素子2は、上記実施形態と同様に、その能動面がICチップ31の能動面に対向するように、ICチップ31に接合されている。すなわち、MEMS素子2は、その能動面の電極パッドとICチップ31の接続パッドとが、金属バンプであるAuバンプ13によってフリップチップ接続されている。 As in the above embodiment, the MEMS element 2 is bonded to the IC chip 3 1 so that the active surface thereof faces the active surface of the IC chip 3 1 . That, MEMS device 2, the electrode pads and the IC chip 3 1 of the connection pads of the active surface, are flip-chip connected by Au bumps 13 are metal bumps.

MEMS素子2とICチップ31との間の隙間には、封止樹脂としてのアンダーフィル樹脂を充填してもよい。 The gap between the MEMS device 2 and the IC chip 3 1, may be filled with underfill resin as a sealing resin.

ICチップ31の周縁部の電極パッドが、ベース61の段部51b上の接続電極91にフリップチップ接続された状態では、ICチップ31の中央寄りに接合されたMEMS素子2は、ベース61の収納凹部51の底面51aと段部51bの側面とによって区画された空間S2内に位置する。このとき、MEMS素子2の能動面とは反対側の非能動面が、ベース61の収納凹部51の底面51aから離間した状態で、底面51aに対向している。 Electrode pads of the peripheral portion of the IC chip 3 1, in a state that is flip-chip connected to the connection electrodes 9 1 on the step portion 5 1 b of the base 6 1, MEMS element 2 bonded to the inboard IC chip 3 1 is located in the space S 2, which is defined by the side surface of the bottom surface 5 1 a of the housing recess 5 1 base 6 1 and the stepped portion 5 1 b. In this case, the active surface of the MEMS device 2 non-active surface of the opposite side, in a state of being separated from the bottom surface 5 1 a of the housing recess 5 1 base 6 1, is opposed to the bottom surface 5 1 a.

この実施形態においても、図1に示される上記実施形態と同様に、ICチップ31は、その長手方向がベース61の長手方向(図4の左右方向)に対して直交する方向になるように、収納凹部51に収納されている。 Also in this embodiment, similarly to the embodiment shown in FIG. 1, IC chip 3 1, so that its longitudinal direction is in a direction perpendicular to the base 61 in the longitudinal direction (horizontal direction in FIG. 4) to, and is housed in the housing recess 5 1.

その他の構成は、上記実施形態と同様である。   The other configuration is the same as that of the above embodiment.

この実施形態によれば、MEMS素子2の能動面以外の外周面は、ベース61の収納凹部51とリッド7との接合によって形成される空間S1、具体的には、ベース61の段部51bと収納凹部51の底面51aとによって区画される空間S1内に露出しているので、MEMS素子の外周面を完全に樹脂で封止して、空間に露出していない上記特許文献1のように温度変化などによる樹脂の膨張、収縮による応力をMEMS素子2が受けることがない。これによって、MEMS素子2が、周囲の樹脂の応力によって歪むのを防止することができ、MEMS発振器1の周波数温度特性の変動や、温度に対する周波数ヒステリシス特性を改善することができる。 According to this embodiment, the outer peripheral surface of the non-active surface of the MEMS device 2, the space S 1 that is formed by the junction between housing recess 5 1 and the lid 7 of the base 6 1, specifically, the base 61 of the because exposed in the space S 1 that is defined by a bottom surface 5 1 a of the stepped portion 5 1 b and the housing recess 5 1, sealing completely resin outer peripheral surface of the MEMS device, exposed to the space The MEMS element 2 does not receive stress due to expansion and contraction of the resin due to a temperature change as in the above-mentioned Patent Document 1. By this, it is possible to prevent the MEMS element 2 from being distorted by the stress of the surrounding resin, and it is possible to improve the fluctuation of the frequency temperature characteristic of the MEMS oscillator 1 and the frequency hysteresis characteristic with respect to temperature.

また、この実施形態では、収納凹部51の底面51aよりも高い段部51bの形成領域が広い、すなわち、ベース61が厚く形成されている領域が広いので、ベース61の剛性が一層高まり、当該MEMS発振器11が実装される回路基板からの外部応力を低減することができる。これによって、ベース61の収納凹部51に収納されているICチップ31及びMEMS素子2への外部応力を低減することができる。 Further, in this embodiment, the housing recess 5 higher step portion 5 1 b of the forming area is wider than the first bottom surface 5 1 a, i.e., the region where the base 61 is formed thick wide base 61 of the further enhanced rigidity, it is possible to reduce the external stress from the circuit board to which the MEMS oscillator 1 1 is mounted. This makes it possible to reduce the external stress to the IC chip 3 1 and MEMS element 2 housed in the housing recess 5 1 of the base 6 1.

この実施形態においても、MEMS素子2は、ICチップ31が介在した状態でベース61の収納凹部51内に接合されている、すなわち、MEMS素子2はICチップ31に接合され、このICチップ31が、ベース61に接合されている。これによって、MEMS素子2とベース61との間には、ICチップ31が介在することになり、MEMS素子2をベース61に直接接合するのに比べて、MEMS素子2に作用するベース61の応力を一層低減することができる。 Also in this embodiment, MEMS element 2, IC chip 3 1 is joined to the base 61 of the housing recess 5 in 1 in a state interposed, i.e., MEMS element 2 is bonded to the IC chip 3 1, this IC chip 3 1 is joined to the base 61. Base Thus, between the MEMS device 2 and the base 61, which will be IC chip 3 1 is interposed, as compared to direct bonding of MEMS device 2 to the base 61, acting on the MEMS device 2 6 1 of the stress can be further reduced.

上記実施形態では、ICチップ3の非能動面の全面をベース6の収納凹部5の底面5aに接合したが、この実施形態では、ICチップ31の能動面の電極パッドを、ベース61の接続電極にAuバンプ15によってフリップチップ接続するので、接合に係る面積が小さくなると共に、熱膨張率がAuバンプの方が樹脂よりも小さくなるため、ベース61からICチップ31へ作用する応力を低減することができる。これによって、MEMS素子2に伝わる応力を低減することができ、MEMS発振器1の周波数温度特性の変動や、周波数ヒステリシス特性を改善することができる。 In the above embodiment, the bonding the entire surface of the non-active surface of the IC chip 3 on the bottom 5a of the housing recess 5 in the base 6, in this embodiment, the electrode pads of the active surface of the IC chip 3 1, base 6 1 since flip-chip connected by Au bumps 15 to the connection electrode, the area of the junction is reduced, the thermal expansion coefficient towards the Au bumps to become smaller than the resin, applied from the base 61 to the IC chip 3 1 stress Can be reduced. Thereby, the stress transmitted to the MEMS element 2 can be reduced, and the fluctuation of the frequency temperature characteristic of the MEMS oscillator 1 and the frequency hysteresis characteristic can be improved.

また、ICチップ31を、その長手方向がベース61の長手方向に対して直交する方向となるように収納するので、ベース61からICチップ31に加わる応力を低減することができ、これによって、ICチップ31に接合されているMEMS素子2に作用する応力を一層低減することができる。 Further, the IC chip 3 1, so that the longitudinal direction for housing such that the direction orthogonal to the longitudinal direction of the base 61, it is possible to reduce the stress applied from the base 61 to the IC chip 3 1, Thereby, the stress acting on the MEMS element 2 bonded to the IC chip 3 1 can be further reduced.

上記各実施形態では、段部5b,5c,51bは1段設けたが、複数段設けてもよい。 In the above embodiments, it stepped portions 5b, 5c, 5 1 b are provided one stage may be provided a plurality of stages.

1,11 MEMS発振器
2 MEMS素子
3,31 ICチップ(集積回路素子)
4,41 パッケージ
5,51 収納凹部
6,61 ベース
7 リッド(蓋体)
1, 1 1 MEMS oscillator 2 MEMS element 3, 3 1 IC chip (integrated circuit element)
4, 4 1 package 5, 5 1 housing recess 6, 6 1 base 7 lid (lid)

Claims (5)

収納凹部を有するベースと、
発振回路を含む集積回路素子と、
MEMS共振子を含むMEMS素子と、
前記収納凹部の開口を閉塞する蓋体とを備え、
前記集積回路素子及び前記MEMS素子が収納された前記収納凹部が、前記蓋体によって気密に封止され、
少なくとも前記MEMS素子は、その外周面が前記収納凹部と前記蓋体との接合によって形成される空間内に露出しており、
前記ベース及び前記集積回路素子は、平面視略矩形であり、
前記集積回路素子は、その長手方向が、前記ベースの長手方向に対して直交する方向となるように前記収納凹部に収納されている、
ことを特徴するMEMS発振器。
A base having a storage recess,
An integrated circuit element including an oscillation circuit;
A MEMS element including a MEMS resonator;
And a lid closing the opening of the storage recess,
The storage recess in which the integrated circuit element and the MEMS element are stored is hermetically sealed by the lid.
At least the outer peripheral surface of the MEMS element is exposed in a space formed by bonding of the storage recess and the lid.
The base and the integrated circuit device are substantially rectangular in plan view,
The integrated circuit element is housed in the housing recess such that the longitudinal direction thereof is perpendicular to the longitudinal direction of the base.
A MEMS oscillator characterized by
前記MEMS素子は、その能動面が前記集積回路素子の能動面に対向するように、前記集積回路素子に接合されている、
請求項1に記載のMEMS発振器。
The MEMS device is bonded to the integrated circuit device such that its active surface faces the active surface of the integrated circuit device.
The MEMS oscillator according to claim 1.
前記集積回路素子の前記能動面とは反対側の非能動面が、接着剤を介して前記収納凹部の底面に接合されている、
請求項2に記載のMEMS発振器。
A non-active surface opposite to the active surface of the integrated circuit element is bonded to the bottom surface of the housing recess via an adhesive.
The MEMS oscillator according to claim 2.
前記ベースが、セラミック材料からなる、
請求項1ないし3のいずれかに記載のMEMS発振器。
The base is made of a ceramic material
The MEMS oscillator according to any one of claims 1 to 3.
前記ベースの前記収納凹部の内周壁には、前記収納凹部の底面よりも高い段部が形成されている、
請求項1ないし4のいずれかに記載のMEMS発振器。
A stepped portion higher than the bottom surface of the storage recess is formed on the inner peripheral wall of the storage recess of the base.
The MEMS oscillator according to any one of claims 1 to 4.
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