JP3678106B2 - 圧電デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイス及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、HDD(ハード・ディスク・ドライブ)、モバイルコンピュータ、あるいはICカード等の小型の情報機器や、携帯電話や自動車電話等の移動体通信機器において装置の小型薄型化がめざましく、それらに用いられる圧電発振器や電圧制御発振器(VCXO)や温度補償発振器(TCXO)やSAW発振器、あるいはリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスも小型薄型化が要求されている。又、それとともに、装置の回路基板に両面実装が可能な表面実装タイプの圧電デバイスが求められている。
【0003】
そこで、従来の圧電デバイスの一例を、発振回路を有するワンチップの半導体集積回路と、圧電振動子にATカット水晶振動子とを用いた図6(a)、6(b)の構造図で示される水晶発振器を用いて説明する。
【0004】
図6(a)、6(b)の従来の水晶発振器の構成において、発振回路を有するICチップ101は、セラミック絶縁基板で形成されたベース102の底面に導電性接着剤等により接着固定され、Auワイヤーボンディング線103により、ベース102の底面外周部にW(タングステン)あるいはMo(モリブデン)等の金属でメタライズされ、Ni+Auメッキされた入出力用電極104等に電気的に接続されている。
【0005】
又、矩形タイプのATカット水晶振動子105が、ベース102のマウント部106に導電性接着剤等で電気的に接続され固定されている。そして、N2(窒素)雰囲気あるいは真空雰囲気に内部を保ち、ベース102の最上部のシールリング107と、金属製のリッド108とをシーム溶接により接合し気密に封止している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
以上に示す従来の水晶発振器は、ICチップ101の周囲にAuワイヤーボンディング線103を配線するエリアが必要であること。又、パッケージの厚み方向でも、Auワイヤーボンディング線103のループ高さの確保や、Auワイヤーボンディング線103とATカット水晶振動子105との隙間の確保が必要であること等、この構成が水晶発振器を小型薄型にするための制約となっている。
【0007】
本発明の目的は、以上の従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは小型薄型サイズで厚み1mm以下の水晶発振器等の圧電デバイスを安価に提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電デバイスは、半導体集積回路と圧電振動子とを配線基板で形成されたパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、
樹脂接着剤が前記半導体集積回路の裏面に塗布されており、前記樹脂接着剤が前記圧電振動子の先端を保持していることを特徴とする。
また、本発明の圧電デバイスの製造方法は、半導体集積回路と圧電振動子とを配線基板で形成されたパッケージに内蔵した圧電デバイスの製造方法において、
前記パッケージに樹脂接着剤を塗布する工程と、
バンプの接合部に応力緩和作用を有する導電性接着剤を付着させる工程と、
前記パッケージに前記半導体集積回路を接合する工程と、
前記半導体集積回路の裏面に前記樹脂接着剤を塗布する工程と、
前記半導体集積回路の裏面に塗布された前記樹脂接着剤により前記圧電振動子の先端が保持されるよう前記圧電振動子をマウントする工程と、
前記パッケージに金属製のリッドを気密封止する工程とからなることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の圧電デバイスの実施の一形態を、発振回路を有するワンチップの半導体集積回路と、圧電振動子にATカット水晶振動子とを用いた、水晶発振器を例として図面に基づいて説明する。
【0014】
(実施例1)
図1は、本発明に係わる表面実装タイプの水晶発振器の構造図である。
【0015】
図1(a)の平面図及び図1(b)の正面図に示すように、少なくとも3層からなるセラミック絶縁基板と、Fe−Ni合金等で枠状に型抜きされたシールリングとで形成されたベース1の第1層に、半導体集積回路(ICチップ:以下ICチップと記す)2と接続するための電極パターン3が、W(タングステン)あるいはMo(モリブデン)等の金属配線材料で印刷等によりメタライズされている。そしてその上にNiメッキ及びAuメッキ等が施されている。
【0016】
又、ICチップ2の電極パッドにはAu等の金属のバンプ4が形成され、フリップチップボンディング工法により、導電性接着剤5を用いてベース1に形成された電極パターン3と接合されている。このフリップチップボンディング工法には、種々の加工法があるが、本発明で用いている工法は接合部に導電性の接着剤を用い、適当な加圧と温度を印加して接合する加工方法である。
【0017】
又、ATカット水晶振動子6はその支持部7を、ベース1の第2層に設けられたマウント部8に導電性接着剤9で接続固定されている。
【0018】
更に、金属製のリッド(蓋)11をベース1のFe−Ni合金等で枠状に型抜きされたシールリング12に位置合わせして固定し、シーム溶接により気密に封止している。
【0019】
以上により、小型薄型の表面実装パッケージの水晶発振器13が完成する。
【0020】
次に、ICチップ2にAu等で形成されたバンプ4を形成するバンプ形成プロセスと、ICチップ2をベース1に形成された電極パターン3に接合する、フリップチップボンディングのプロセスについて詳細に説明する。
【0021】
例えば、図2及び図3に示すように4インチ〜6インチのウェハー状態のICチップ2の各パッド14に、その線径がΦ25〜35μm程度のAuボンディング細線を用いて超音波バンプボンディングにより、複数のバンプ4を形成する。
【0022】
又、ウェハー状態で複数個(数千個程度)のICチップ2にバンプ形成加工を行うため、このバンプ形成加工の温度は低いことが望ましく、本実施例では180℃前後の温度でバンプ加工を行っている。この温度については、接合強度及び共晶の程度の評価実験により180℃〜230℃程度の範囲が適当である。
【0023】
又、バンプ4の2段目の先端部についてはその平坦度を良くするために、図4に示すようにバンプ4の先端部を潰してレベリングを施した形状を用いてもよい。
【0024】
次に、以上の形状でバンプ4が形成されたICチップ2を、ベース1にフリップチップボンディングするプロセスについて詳細に説明する。
【0025】
図5のフリップチップボンディングの接合拡大図に示すように、ウェハー上のICチップ2が角錐コレット等のノズルによりピックアップされ、反転して、接合用のノズルに受け渡しされる。そして、バンプ4の先端に応力緩和作用の高い導電性接着剤5を適量付着させて、フリップチップボンディング装置に設けられた画像認識等のシステムにより、ICチップ2がアライメントされて精度良くベース1のマウントエリアにチップマウントされる。
【0026】
ここで本実施例で用いている導電性接着剤5は、シリコン系の銀ペーストである。シリコン系の導電性接着剤5は、耐熱性が良く高温に放置しても特性の劣化が少なく非常に安定している。またバンプ4の接合界面に働く応力を緩和する作用が高く、エポキシ系等の他の導電性接着剤に比較して信頼性の高い接合を得ることができる。
【0027】
また、それと同時にICチップ2がチップマウントされる前に、ベース1のマウントエリアのほぼ中央に、絶縁性の樹脂接着剤15を塗布している。この樹脂接着剤15も応力緩和作用の高い樹脂のものが好ましい。また、樹脂接着剤15の塗布量は、ICチップ2の表面積の1/4〜1/3程度が好ましい。
【0028】
更に、図1(b)に示すようにICチップ2がベース1にフリップチップボンディングされた後、ICチップ2の裏面の縁部16に先に用いた樹脂接着剤15を適量塗布する。
【0029】
ここで、ICチップ2がベース1の電極パターン3上に接しフリップチップボンディング装置がその負荷を検出すると、1バンプ当たり100gr前後の荷重を印可する。又、この接合には適度の熱も必要であり、ベース1にはあらかじめ150℃〜200℃前後の熱が加えられている。
【0030】
又、フリップチップボンディング装置にはICチップ2の高さ方向を検出するセンサーが設けられており、その高さ方向のデータを管理しながらバンプ4の高さを均一な状態で加工することが可能である。
【0031】
次に、ATカット水晶振動子6をベース1にマウントするプロセスについて説明する。
【0032】
図1に示すように、ATカット水晶振動子6はベース1の第2層に設けられた、マウント部8のマウント用電極に導電性接着剤9により接続固定される。その時ATカット水晶振動子6の先端部が、縁部16に用いた樹脂接着剤15により保持される。
【0033】
そして、導電性接着剤5及び9等の硬化を含めてICチップ2及びATカット水晶振動子6を内蔵したパッケージ全体を高温でアニール処理する。これは導電性接着剤5及び9や樹脂接着剤15やベース1等からのアウトガスを除去する効果もあり、一般的には200℃〜300℃の高温下で1〜2時間の処理が行われる。
【0034】
この熱処理により、バンプ4部のAu−Al共晶反応や、Au−Au固相接合の反応が進み、バンプ4の接合強度等の接合特性が変化する。本実施例では、このようなフリップチップボンディング以降の熱履歴を踏まえて、バンプ4の形成条件やフリップチップボンディング条件等を決定している。
【0035】
更に、金属製のリッド11をベース1のFe−Ni合金等で枠状に型抜きされたシールリング12に位置合わせして固定し、シーム溶接により気密に封止している。
【0036】
以上、セラミック及び金属といった信頼性が高く、かつ安価な構成部品を用いることにより、横2〜3.2mm、幅2〜2.5mm、厚さ0.7〜1.0mmという小型薄型の高信頼性の圧電発振器が安価に提供できる。
【0037】
以上、発振回路を有するワンチップの半導体集積回路と、圧電振動子にATカット水晶振動子とを用いた、水晶発振器を例に述べてきたが、本発明はそれに限定されることなく、例えば電圧制御水晶発振器(VCXO)や温度補償水晶発振器(TCXO)やSAW発振器、あるいはリアルタイムクロックモジュール等の半導体集積回路を内蔵した圧電デバイス全てに適用できる。更に、水晶振動子チップやSAWチップをパッケージにフリップチップボンディングにより実装する圧電デバイスにも同様に適用できる。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体集積回路は樹脂接着剤で配線基板に接合され、電極パターンとバンプの接合部に応力緩和作用を有する導電性接着剤を用いた構造をとることにより、接合部に加わる応力が非常に少なくなり、また半導体集積回路の特定のバンプへ応力が集中することがなくなり、バンプと電極パターンとの接合部が熱応力等によりオープンしてしまうというような、接合不良のない構造的に優れた圧電発振器を提供できるという効果を有する。
【0039】
また、本発明によれば、樹脂接着剤が半導体集積回路の裏面に塗布されており、この樹脂接着剤で圧電振動子の先端を保持することにより、圧電振動子と半導体集積回路との電気的、物理的な接触を避けることができる。これにより安定した発振特性が得られという効果を有する。また樹脂接着剤で圧電振動子の先端部を保持することにより、圧電振動子に加わる振動、落下等による衝撃等を緩和する作用も働き、更に安定した発振特性が得られという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電デバイスの構造図。
(a)は、平面図。
(b)は、正面図。
【図2】本発明の圧電デバイスのバンプ形成図。
【図3】本発明の圧電デバイスのバンプ形状図。
【図4】本発明の圧電デバイスの他のバンプ形状図。
【図5】本発明の圧電デバイスの半導体集積回路と電極パターンの接合部拡大図。
【図6】従来の圧電デバイスの構造図。
(a)は、平面図。
(b)は、正面図。
【符号の説明】
1 ベース
2 ICチップ
3 電極パターン
4 バンプ
5 導電性接着剤
6 ATカット水晶振動子
7 支持部
8 マウント部
9 導電性接着剤
11 リッド
12 シールリング
13 水晶発振器
14 パッド
15 樹脂接着剤
16 縁部
101 ICチップ
102 ベース
103 Auワイヤーボンディング線
104 入出力用電極
105 ATカット水晶振動子
106 マウント部
107 シールリング
108 リッド
Claims (2)
- 半導体集積回路と圧電振動子とを配線基板で形成されたパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、
樹脂接着剤が前記半導体集積回路の裏面に塗布されており、前記樹脂接着剤が前記圧電振動子の先端を保持していることを特徴とする圧電デバイス。 - 半導体集積回路と圧電振動子とを配線基板で形成されたパッケージに内蔵した圧電デバイスの製造方法において、
前記パッケージに樹脂接着剤を塗布する工程と、
バンプの接合部に応力緩和作用を有する導電性接着剤を付着させる工程と、
前記パッケージに前記半導体集積回路を接合する工程と、
前記半導体集積回路の裏面に前記樹脂接着剤を塗布する工程と、
前記半導体集積回路の裏面に塗布された前記樹脂接着剤により前記圧電振動子の先端が保持されるよう前記圧電振動子をマウントする工程と、
前記パッケージに金属製のリッドを気密封止する工程とからなることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000070668A JP3678106B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 圧電デバイス及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000070668A JP3678106B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 圧電デバイス及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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