JP3760622B2 - 圧電デバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
【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の最上部のメッキ層と、金属製のリッド１０７とをリッド１０７に形成された半田等の金属クラッド材を高温にて溶融させて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、パッケージを小型薄型にするためにＡＴカット水晶振動子１０５とベース１０２の隙間ａ、ｂを、可能なかぎり狭くした構成となっている。そしてベース１０２のスペースにＡＴカット水晶振動子１０５を位置決めしマウントするのに、ベース１０２の形状の一部（例えば最上部のメッキ層の形状）を用いた画像認識による方法がとられている。しかし、この方法ではベース１０２を積層して焼結する時のセラミックシート間のズレや、メタライズ時の印刷のズレ等で最上部メッキ層の位置精度が出ないため、ＡＴカット水晶振子１０５の位置ズレ等が発生し、振動特性の劣化や発振不良等が発生し、水晶発振器の歩留まりが低下してしまうという課題を有している。
【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パッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、
前記半導体集積回路あるいは前記圧電振動子の位置決め用パターンが、複数のセラミック層により構成されるベースに金属層でメタライズされ形成されてなり、
少なくとも一つの前記位置決め用パターンは、前記ベースの内壁面と交叉していることを特徴とする圧電デバイス。
また、前記位置決め用パターンが前記ベースに形成された電極パターンの電源ラインに接続されていることを特徴とする。
また、前記位置決め用パターンはその中心を特定することが可能な形状であることを特徴とする。
また、前記半導体集積回路は前記ベースにフリップチップボンディングで搭載されていることを特徴とする。
【００１４】
【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。
【００１５】
（実施例１）
図１は、請求項１、２、３、４、５、及び６記載の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。
【００１６】
図１（ａ）の平面図及び図１（ｂ）の正面図に示すように、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１２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。
【００１７】
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ベース１に形成された電極パターン３と接続されている。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、本実施例で用いている工法は導電性接着剤５を用いた加工方法である。そして更にアンダーフィル材を用いて接続の信頼性を上げている。
【００１８】
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。
【００１９】
更に、金属製のリッド（蓋）１１をベース１のシールリング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。
【００２０】
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。
【００２１】
次に、 ＩＣチップ２をベース１に形成された電極パターン３に接続する、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。
【００２２】
ＩＣチップ２をベース１の各電極パターン３に位置決めしてチップマウントする際に、画像認識によりベース１に設けられた位置決め用パターン１４ａ、１４ｂ及び１５により、ベース１のマウントエリアのセンターを割り出し、またベース１のθ方向の回転角を検出する。
【００２３】
以上の具体例の一例を説明すると、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、ベース１のＹ方向の中心ラインを位置決め用パターン１４ａ、１４ｂにより検出し、ベース１のＸ方向の中心ラインを位置決め用パターン１４ａ、１５により検出し、その交点としてベース１のマウントエリアのセンターが検出される。又、位置決め用パターン１５によりベース１のθ方向の回転角が検出される。
【００２４】
この画像認識のデータに対して、 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、更にフリップチップボンディング加工が施される。
【００２５】
又、位置決め用パターン１４ａ、１４ｂ及び１５は、それぞれベース１に形成された電源ラインの電極パターン１６、１７に最短距離で接続されている。このように電源ラインに接続することにより、電極パターン１６、１７と同時にメタライズでき、またＮｉメッキ及びＡｕメッキ等も同時に行うことが可能である。又、不用なノイズ等の影響が発生せず安定した発振出力を得ることができる。
【００２６】
次に、図２に示すように位置決め用パターン１５の形状は、その中心２１を特定することが可能な形状となっている。このような形状にすることによりベース１のθ方向の回転角が精度良く検出可能である。
【００２７】
尚、この形状は一例であり、図３に示すように円形の形状でもよく、即ちその中心を特定することが可能な形状ならばどのような形状でもよい。
【００２８】
又、本実施例では１個所にその中心を特定することが可能な形状の位置決め用パターンを形成しているが、複数個あるいは全ての位置決め用パターンの形状がこの形状でもよい。
【００２９】
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詳細に説明する。
【００３０】
図４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２２、２３に導電性接着剤９により接続固定される。
【００３１】
ここで、 ＡＴカット水晶振動子６とベース１の第２層の内壁面２４との隙間が非常に狭いため、この隙間にＡＴカット水晶振動子６を精度良く内蔵しなければならない。
【００３２】
水晶振動子のマウント装置に設けられた画像認識のシステムにより、前述のＩＣチップ２のアライメントと同様にして、マウント用電極２２、２３及び位置決め用パターン１５の位置が検出される。そして、内壁面２４に対するＡＴカット水晶振動子６のマウント位置が決定され、精度良くマウントされる。
【００３３】
そして、図４に示すようにマウント用電極２２、２３及び位置決め用パターン１５の一部あるいは終端部は、内壁面２４と交叉している。このように内壁面２４と交叉することにより、内壁面２４のエッジが画像認識で検出され、精度良くＡＴカット水晶振動子６のマウント位置が決定される。
【００３４】
（実施例２）
図５は、本発明の他の実施例の水晶発振器の構造を示す斜視図である。図１の構成からシールリングを取り除いた構造である。３層からなるセラミックのベース３１と、 ＩＣチップ２、 ＡＴカット水晶振動子６、及び金属製のリッド３２から構成されている。 Ｆｅ−Ｎｉ合金系のリッド３２には、銀ロウ、高融点Ｐｂ−Ｓｎ系半田、Ａｕ−Ｓｎ半田等の金属のロウ材がクラッド加工されている。このリッド３２をベース３１に位置決め固定して、各ロウ材の融点までシール部を加熱して気密に封止している。このベース３１にも図１同様に位置決め用パターンが形成されている。
【００３５】
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という小型薄型の圧電発振器が安価に提供できる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＣチップあるいは圧電振動子の位置決め用のパターンがセラミックで形成されたベースに形成されていることにより、ＩＣチップ及び圧電振動子を小型のベースに内蔵するための画像認識を非常に精度良く行うことができ、ＩＣチップの導通不良や接合強度不足等がなくなり、又、圧電振動子のマウントズレや導電性接着剤のショート不良等がなくなり、歩留まりの良い圧電発振器を製造できるという効果を有する。
【００３７】
また、本発明によれば、位置決め用パターンが金属層でメタライズされており、電源ラインに接続されていることにより、電極パターンと同時にメタライズでき、またＮｉメッキ及びＡｕメッキ等も同時に行うことが可能である。又、不用なノイズ等の影響が発生せず安定した発振出力を得ることができる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位置決め用パターンの拡大図。
【図３】本発明の圧電デバイスの他の位置決め用パターンの拡大図。
【図４】本発明の圧電デバイスの水晶振動子のマウント部配置図。
【図５】本発明の他の実施例の構造図。
【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
１４ａ、１４ｂ 位置決め用パターン
１５ 位置決め用パターン
１６、１７ 電極パターン
２１ 中心
２２、２３ マウント用電極
２４ 内壁面
３１ ベース
３２ リッド
１０１ ＩＣチップ
１０２ ベース
１０３ Ａｕワイヤーボンディング線
１０４ 入出力電極
１０５ ＡＴカット水晶振動子
１０６ マウント部
１０７ リッド
【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の最上部のメッキ層と、金属製のリッド１０７とをリッド１０７に形成された半田等の金属クラッド材を高温にて溶融させて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、パッケージを小型薄型にするためにＡＴカット水晶振動子１０５とベース１０２の隙間ａ、ｂを、可能なかぎり狭くした構成となっている。そしてベース１０２のスペースにＡＴカット水晶振動子１０５を位置決めしマウントするのに、ベース１０２の形状の一部（例えば最上部のメッキ層の形状）を用いた画像認識による方法がとられている。しかし、この方法ではベース１０２を積層して焼結する時のセラミックシート間のズレや、メタライズ時の印刷のズレ等で最上部メッキ層の位置精度が出ないため、ＡＴカット水晶振子１０５の位置ズレ等が発生し、振動特性の劣化や発振不良等が発生し、水晶発振器の歩留まりが低下してしまうという課題を有している。
【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パッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、
前記半導体集積回路あるいは前記圧電振動子の位置決め用パターンが、複数のセラミック層により構成されるベースに金属層でメタライズされ形成されてなり、
少なくとも一つの前記位置決め用パターンは、前記ベースの内壁面と交叉していることを特徴とする圧電デバイス。
また、前記位置決め用パターンが前記ベースに形成された電極パターンの電源ラインに接続されていることを特徴とする。
また、前記位置決め用パターンはその中心を特定することが可能な形状であることを特徴とする。
また、前記半導体集積回路は前記ベースにフリップチップボンディングで搭載されていることを特徴とする。
【００１４】
【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。
【００１５】
（実施例１）
図１は、請求項１、２、３、４、５、及び６記載の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。
【００１６】
図１（ａ）の平面図及び図１（ｂ）の正面図に示すように、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１２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。
【００１７】
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ベース１に形成された電極パターン３と接続されている。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、本実施例で用いている工法は導電性接着剤５を用いた加工方法である。そして更にアンダーフィル材を用いて接続の信頼性を上げている。
【００１８】
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。
【００１９】
更に、金属製のリッド（蓋）１１をベース１のシールリング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。
【００２０】
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。
【００２１】
次に、 ＩＣチップ２をベース１に形成された電極パターン３に接続する、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。
【００２２】
ＩＣチップ２をベース１の各電極パターン３に位置決めしてチップマウントする際に、画像認識によりベース１に設けられた位置決め用パターン１４ａ、１４ｂ及び１５により、ベース１のマウントエリアのセンターを割り出し、またベース１のθ方向の回転角を検出する。
【００２３】
以上の具体例の一例を説明すると、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、ベース１のＹ方向の中心ラインを位置決め用パターン１４ａ、１４ｂにより検出し、ベース１のＸ方向の中心ラインを位置決め用パターン１４ａ、１５により検出し、その交点としてベース１のマウントエリアのセンターが検出される。又、位置決め用パターン１５によりベース１のθ方向の回転角が検出される。
【００２４】
この画像認識のデータに対して、 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、更にフリップチップボンディング加工が施される。
【００２５】
又、位置決め用パターン１４ａ、１４ｂ及び１５は、それぞれベース１に形成された電源ラインの電極パターン１６、１７に最短距離で接続されている。このように電源ラインに接続することにより、電極パターン１６、１７と同時にメタライズでき、またＮｉメッキ及びＡｕメッキ等も同時に行うことが可能である。又、不用なノイズ等の影響が発生せず安定した発振出力を得ることができる。
【００２６】
次に、図２に示すように位置決め用パターン１５の形状は、その中心２１を特定することが可能な形状となっている。このような形状にすることによりベース１のθ方向の回転角が精度良く検出可能である。
【００２７】
尚、この形状は一例であり、図３に示すように円形の形状でもよく、即ちその中心を特定することが可能な形状ならばどのような形状でもよい。
【００２８】
又、本実施例では１個所にその中心を特定することが可能な形状の位置決め用パターンを形成しているが、複数個あるいは全ての位置決め用パターンの形状がこの形状でもよい。
【００２９】
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詳細に説明する。
【００３０】
図４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２２、２３に導電性接着剤９により接続固定される。
【００３１】
ここで、 ＡＴカット水晶振動子６とベース１の第２層の内壁面２４との隙間が非常に狭いため、この隙間にＡＴカット水晶振動子６を精度良く内蔵しなければならない。
【００３２】
水晶振動子のマウント装置に設けられた画像認識のシステムにより、前述のＩＣチップ２のアライメントと同様にして、マウント用電極２２、２３及び位置決め用パターン１５の位置が検出される。そして、内壁面２４に対するＡＴカット水晶振動子６のマウント位置が決定され、精度良くマウントされる。
【００３３】
そして、図４に示すようにマウント用電極２２、２３及び位置決め用パターン１５の一部あるいは終端部は、内壁面２４と交叉している。このように内壁面２４と交叉することにより、内壁面２４のエッジが画像認識で検出され、精度良くＡＴカット水晶振動子６のマウント位置が決定される。
【００３４】
（実施例２）
図５は、本発明の他の実施例の水晶発振器の構造を示す斜視図である。図１の構成からシールリングを取り除いた構造である。３層からなるセラミックのベース３１と、 ＩＣチップ２、 ＡＴカット水晶振動子６、及び金属製のリッド３２から構成されている。 Ｆｅ−Ｎｉ合金系のリッド３２には、銀ロウ、高融点Ｐｂ−Ｓｎ系半田、Ａｕ−Ｓｎ半田等の金属のロウ材がクラッド加工されている。このリッド３２をベース３１に位置決め固定して、各ロウ材の融点までシール部を加熱して気密に封止している。このベース３１にも図１同様に位置決め用パターンが形成されている。
【００３５】
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という小型薄型の圧電発振器が安価に提供できる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＣチップあるいは圧電振動子の位置決め用のパターンがセラミックで形成されたベースに形成されていることにより、ＩＣチップ及び圧電振動子を小型のベースに内蔵するための画像認識を非常に精度良く行うことができ、ＩＣチップの導通不良や接合強度不足等がなくなり、又、圧電振動子のマウントズレや導電性接着剤のショート不良等がなくなり、歩留まりの良い圧電発振器を製造できるという効果を有する。
【００３７】
また、本発明によれば、位置決め用パターンが金属層でメタライズされており、電源ラインに接続されていることにより、電極パターンと同時にメタライズでき、またＮｉメッキ及びＡｕメッキ等も同時に行うことが可能である。又、不用なノイズ等の影響が発生せず安定した発振出力を得ることができる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位置決め用パターンの拡大図。
【図３】本発明の圧電デバイスの他の位置決め用パターンの拡大図。
【図４】本発明の圧電デバイスの水晶振動子のマウント部配置図。
【図５】本発明の他の実施例の構造図。
【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
１４ａ、１４ｂ 位置決め用パターン
１５ 位置決め用パターン
１６、１７ 電極パターン
２１ 中心
２２、２３ マウント用電極
２４ 内壁面
３１ ベース
３２ リッド
１０１ ＩＣチップ
１０２ ベース
１０３ Ａｕワイヤーボンディング線
１０４ 入出力電極
１０５ ＡＴカット水晶振動子
１０６ マウント部
１０７ リッド
Claims (4)
- 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において、
前記半導体集積回路あるいは前記圧電振動子の位置決め用パターンが、複数のセラミック層により構成されるベースに金属層でメタライズされ形成されてなり、
少なくとも一つの前記位置決め用パターンは、前記ベースの内壁面と交叉していることを特徴とする圧電デバイス。 - 前記位置決め用パターンが前記ベースに形成された電極パターンの電源ラインに接続されていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
- 前記位置決め用パターンはその中心を特定することが可能な形状であることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
- 前記半導体集積回路は前記ベースにフリップチップボンディングで搭載されていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
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| JP04841298A JP3760622B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 圧電デバイス |
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| JP04841298A JP3760622B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 圧電デバイス |
Publications (2)
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ID=12802601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04841298A Expired - Lifetime JP3760622B2 (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 圧電デバイス |
Country Status (1)
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-
1998
- 1998-02-27 JP JP04841298A patent/JP3760622B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| JPH11251839A (ja) | 1999-09-17 |
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