JP4221756B2 - Piezoelectric oscillator and manufacturing method thereof - Google Patents

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Landscapes

  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気回路において一定の周波数信号を得るため、圧電発振器が広く利用されている。図６に、特許文献１に記載された圧電発振器と同様の構成を有する圧電発振器の説明図を示す。なお、図６（１）は図６（２）のＨ−Ｈ線における平面断面図であり、図６（２）は図６（１）のＧ−Ｇ線における側面断面図である。圧電発振器１０１は、升状に形成したパッケージベース１２１に、発振回路を構成する集積回路素子（ＩＣ）１１０、および圧電振動片１０５を実装して、上面の開口部にリッド１３０を装着したものである。
【０００３】
パッケージベース１２１は、セラミックシート１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄを順次積層して構成されている。また、パッケージベース１２１の中央部には、ＩＣ１１０および圧電振動片１０５を実装するキャビティ１２０が形成されている。そして、ＩＣ１１０はシート１２１ａの上面に実装されている。なお、ＩＣ１１０の電極１１４は、シート１２１ｂの上面に形成された電極パッド１２７に対して、ワイヤボンディングにより接続されている。一方、圧電振動片１０５は、シート１２１ｃに形成したマウント電極１２６の上面に、片持ち状態で実装されている。なお、圧電振動片１０５は、水晶等の圧電材料平板の両面に励振電極を形成したものである。そして、パッケージベース１２１の外底面に形成された外部端子１３８から、電極パッド１３６を介してＩＣ１１０に通電可能とされ、さらにマウント電極１２６を介して圧電振動片１０５の励振電極に通電可能とされている。一方、パッケージベース１２１の開口部に金属材料等からなるリッド１３０が装着され、キャビティ１２０の内部が窒素雰囲気等で気密に保持されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１６３６７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近時、圧電発振器の利用される通信機器等においては、小型化の要請が強くなっている。これにともなって、圧電発振器の小型化が強く求められている。ところが、図６に示す従来の圧電発振器１０１では、キャビティ１２０の内部にＩＣ１１０を実装する必要があるので、圧電発振器１０１は必然的にＩＣ１１０より大きなものとなり、平面サイズの小型化に限界があった。また、圧電発振器１０１の厚さ方向に、セラミックシート１２１ａ、ＩＣ１１０、圧電振動片１０５およびリッド１２８が順次配置されるので、薄型化に限界があった。
【０００６】
また、圧電発振器におけるコストダウンの要請は厳しさを増しており、構造の簡素化や製造工程の簡略化によるコスト低減が急務となっている。
そこで本発明は、小型化が可能であり、またコスト低減が可能な、圧電発振器およびその製造方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る圧電発振器は、一方面側に回路パターンが形成され、他方面側に凹状のキャビティが形成された電気絶縁性材料からなる単層の平板である集積回路素子と、前記キャビティの内部に実装された圧電振動片と、前記キャビティの開口部に装着されたリッドと、を備え、前記キャビティの内底面から前記回路パターンに貫通するスルーホールが前記集積回路素子に形成され、前記スルーホールは封止部材により充填されており、前記内底面にマウント電極が形成され、前記スルーホール内に配置された導電部材により、前記マウント電極と前記回路パターンとが電気的に接続され、前記マウント電極に前記圧電振動片が実装されている構成とした。
【０００８】
これまで、圧電発振器における集積回路素子の小型化は、他の技術分野における集積回路素子の小型化にならって、急速な進歩を遂げてきた。しかし、圧電振動片の小型化は、集積回路素子の小型化に比べて遅れていた。そのため、小さい集積回路素子の内部に大きい圧電振動片を実装するという発想に至ることはなかった。近時になり、圧電振動片は集積回路素子と同等の大きさまで小型化できるようになった。これにより、集積回路素子の内部に圧電振動片を実装するという本発明が生まれたのである。
【０００９】
集積回路素子の内部に圧電振動片を実装することによって、圧電振動片や集積回路素子を実装するパッケージが不要となる。したがって、集積回路素子と同じ平面サイズで圧電発振器を形成することが可能となり、圧電発振器の平面サイズを小型化することができる。また、パッケージを集積回路素子で兼用することで、圧電発振器を厚さ方向にも小型化することができる。一方、部品点数が削減されるので、製品コストを低減することができる。また、従来のような製品外形の小型化に伴う集積回路素子サイズの小型化が要求されないため、集積回路素子の小型化に伴う微細配線加工を施すための設備投資等が不要となり、製造コストを低減することができる。
【００１０】
また、前記キャビティの内底面から前記回路パターンに貫通するスルーホールを形成し、前記スルーホールの前記キャビティ側開口部の周辺にマウント電極を形成するとともに、前記スルーホールの内周面に前記マウント電極と繋がった導電膜を形成し、前記スルーホールの内周面における前記導電膜の内側に封止部材を充填した上で、前記マウント電極に前記圧電振動片を実装するようにしている。これにより、マウント電極と回路パターンとの導通を簡単に確保することが可能となり、製造コストを低減することができる。また、封止部材を充填することにより、スルーホールを通じたキャビティの気密を確保することができる。
前記導電部材は、前記スルーホールの内周面に形成された導電膜であり、
前記封止部材は、前記スルーホールの前記内周面における前記導電膜の内側に充填されているように構成できる。
【００１１】
また、前記キャビティの前記開口部の周縁部に配置された接着剤により前記キャビティの前記開口部に前記リッドが装着されて、前記キャビティの内部が気密封止されている構成としてもよい。前記リッドは、ガラス製リッドであり、前記接着剤は、低融点ガラスである構成とすることができる。この場合、集積回路素子、低融点ガラスおよびガラス製リッドの熱膨張率および熱収縮率がそれぞれ同等となるので、リッドの装着部における破壊を防止することができる。
【００１２】
また、前記回路パターン上に外部導出電極パッドが設けられ、前記外部導出電極パッドの表面に基板との接続端子であるはんだボールが形成されていてもよい。これにより、本発明に係る圧電発振器とユーザー基板との電気的接続を簡単に行うことができる。
【００１３】
一方、本発明に係る圧電発振器の製造方法は、電気絶縁性材料からなる単層のウエハの一方面側における複数の圧電発振器の形成領域のそれぞれに、回路パターンを形成する工程と、前記ウエハの他方面側における前記各圧電発振器の形成領域に、凹状のキャビティを形成する工程と、前記各キャビティの内底面から前記各回路パターンにスルーホールを形成する工程と、前記各キャビティの前記内底面にマウント電極を形成するとともに、前記各スルーホールに前記各回路パターンと前記各マウント電極とを電気的に接続する導電部材を形成する工程と、前記各スルーホールに封止部材を充填する工程と、前記各キャビティの前記内底部に形成された前記マウント電極に圧電振動片を実装する工程と、前記各キャビティの開口部にリッドを装着して、前記各キャビティの内部を気密封止する工程と、前記ウエハを複数の前記圧電発振器の個片に分離する工程と、を有する構成とした。
【００１４】
このように、ウエハにおいて圧電発振器を製造することができるので、製造工程において微小な圧電発振器の個片を取り扱う必要がなくなり、製造工程を簡略化することができる。また、ウエハにおいて同時に複数の圧電発振器を製造するので、圧電発振器の製造時間が短縮され、製造コストを低減することができる。
【００１５】
なお前記圧電振動片を実装する工程は、前記キャビティの内底面から前記回路パターンにスルーホールを形成する工程と、前記スルーホールの前記キャビティ側開口部の周辺にマウント電極を形成するとともに、前記スルーホールの内周面に前記マウント電極に繋がった導電膜を形成する工程と、前記スルーホールの内周面における前記導電膜の内側に封止部材を充填する工程と、前記マウント電極に前記圧電振動片を実装する工程と、を有する構成とした。これにより、マウント電極と回路パターンとの導通を簡単に確保することが可能となり、製造コストを低減することができる。また、スルーホールを通じたキャビティの気密を確保することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電発振器およびその製造方法の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお以下に記載するのは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
図１に、実施形態に係る圧電発振器の説明図を示す。なお、図１（１）は図１（２）のＢ−Ｂ線における平面断面図であり、図１（２）は図１（１）のＡ−Ａ線における側面断面図である。本実施形態に係る圧電発振器は、電気絶縁性材料からなる平板１１の下面に集積回路素子１０の回路パターン１２を形成し、前記平板１１の上面に圧電振動片５を実装するキャビティ２０を形成して、キャビティ２０の内部に圧電振動片５を実装したものである。
【００１８】
集積回路素子（ＩＣ）１０は、シリコン等の電気絶縁性材料からなる平板１１の下面に、回路パターン１２を形成したものである。従来の圧電発振器に使用するＩＣ１０は、厚さ６２５μｍ程度の平板を１５０μｍ程度まで研削して形成していたが、本実施形態では厚さ６２５μｍ程度の平板をほとんど研削しないで使用すればよい。これにより、製造工程が簡略化されて製造コストを低減することができる。
【００１９】
回路パターン１２として、圧電振動片を動作させる帰還増幅回路のパターンを形成する。なお必要に応じて、周辺温度の変化による周波数変化を低減させるための温度補償回路のパターンを付加してもよい。また、外部からの制御電圧によって出力周波数を変化させるための電圧制御回路のパターンを付加してもよい。一方、アルミ等の導電性材料からなる電極パッド１４を回路パターン１２の表面に形成し、回路パターン１２と外部との電気的な入出力を可能とする。また、電極パッド１４の形成部分を除く回路パターン１２の表面に、ポリイミド被膜１６を形成してもよい。これにより、回路パターン１２が外部から保護される。
【００２０】
本実施形態では、平板１１の上面に、圧電振動片５を実装するキャビティ２０を形成する。キャビティ２０は、圧電振動片５を封入できる大きさに形成する。一例をあげれば、厚さ１００μｍ程度の圧電振動片を封入するため、深さ２５０μｍ程度のキャビティ２０を形成する。キャビティ２０の形成は、ハーフエッチング等によって行う。ハーフエッチングは、キャビティ２０の形成部分以外の部分をマスクした平板１１を、フッ酸等の薬液に所定時間浸漬することによって行う。
【００２１】
また、圧電振動片５と回路パターン１２との導通を確保するため、キャビティ２０の内底面から回路パターンにかけてスルーホール２４を形成する。スルーホール２４は、後述するマウント電極２６の形成位置に穿設する。なお、回路パターン１２におけるスルーホール２４の形成位置には、圧電振動片５と導通すべき端子（不図示）を形成しておく。スルーホール２４の形成は、エッチング等の化学的方法や、ドリル穿孔等の機械的方法などによって行うことができる。
【００２２】
次に、キャビティ２０の内底面にマウント電極２６を形成する。マウント電極２６は、圧電振動片５の端部に形成された接続電極７を接続する部分であり、キャビティ２０の内底面の端部寄りに形成する。なお、マウント電極２６は、スルーホール２４のキャビティ側開口部の周辺に形成する。図２に、スルーホール形成部分の拡大図を示す。マウント電極２６は、ＡｕやＡｌ等によって構成する。マウント電極２６の形成は、マウント電極形成部分以外の部分をマスクした状態で、スパッタやメッキ等を施すことによって行う。このマウント電極２６の形成と同時に、スルーホール２４の内周面に導電膜２７を形成する。この導電膜２７により、回路パターン１２とマウント電極２６との導通を確保することができる。さらに、導電膜２７の内側に封止部材２８を充填する。封止部材２８は、導電性または電気絶縁性のいずれの材料で構成してもよい。封止部材２８の充填は、スルーホール２４の内部に接着剤等を注入し、その接着剤等を硬化させることによって行う。この封止部材２８により、スルーホール２４を通じたキャビティ２０の気密を確保することができる。
【００２３】
このようなＩＣ１０を形成する一方で、圧電振動片５を形成する。図１に示すように、圧電振動片５は、水晶等の圧電材料からなる平板の両面に、励振電極を形成したものである。ＡＴカット水晶平板の場合には、その両面中央部に励振電極６を配置するとともに、その端部に２個の接続電極７を並べて配置して、それぞれ各励振電極６との導通を確保する。なお各電極は、Ａｕ／ＣｒまたはＡｇ／Ｃｒの２層で構成する。
【００２４】
そして、キャビティ２０の内部に圧電振動片５を実装する。具体的には、キャビティ２０のマウント電極２６の上面にＡｇペースト等の導電性接着剤８を塗布し、圧電振動片５の接続電極７をマウント電極２６に接着する。このように、圧電振動片５は片持ち状態で実装する。これにより、回路パターン１２から圧電振動片５の励振電極６に対して通電可能となる。なお、キャビティ２０の内部に実装する圧電振動片は、音叉型圧電振動片やＳＡＷチップなどであってもよい。ＳＡＷチップの場合には、マウント電極の代わりに電極パッドを形成し、ＳＡＷチップのＩＤＴ電極と電極パッドとをワイヤボンディング等により接続する。
【００２５】
さらに、キャビティ２０の開口部にリッド３０を装着する。リッド３０は、コバール等の金属材料やガラス材料によって構成する。リッド３０の装着は、キャビティ２０の開口周縁部の全周に接着剤３２を塗布し、リッド３０を接着することによって行う。なお、リッド３０の装着を窒素雰囲気または真空雰囲気で行うことにより、キャビティ２０の内部を窒素雰囲気または真空雰囲気に気密封止する。これにより、圧電振動片５の励振電極６に対する不純物の付着がなくなり、共振周波数のシフトを防止することができる。
【００２６】
なお、シリコン材料からなる平板１１におけるキャビティ２０の開口周縁部に低融点ガラスを塗布し、キャビティ２０の開口部にガラス製リッド３０を装着して、キャビティ２０の内部を気密封止してもよい。この場合、平板１１、低融点ガラスおよびガラス製リッド３０の熱膨張率および熱収縮率が同等となるので、リッド装着部におけるせん断破壊を防止することができる。
【００２７】
次に、本実施形態に係る圧電発振器の製造方法について説明する。図３に、本実施形態に係る圧電発振器の製造方法のフローチャートを示す。図４に、実施形態に係る圧電発振器の製造方法の説明図を示す。なお、図４（１）はウエハの平面図であり、図４（２）は図４（１）のＤ−Ｄ線における側面断面図である。本実施形態に係る圧電発振器は、シリコン等の電気絶縁性材料からなるウエハ４０において複数個を同時に製造する。
【００２８】
まず、ウエハ４０における各圧電発振器の形成領域４１に、回路パターン１２を形成する（ステップ８０）。なお、各回路パターン１２はウエハ４０の一方の面に形成する。また、ウエハ４０における各圧電発振器の形成領域４１であって、回路パターン１２形成面の他方の面に、キャビティ２０を形成する（ステップ８２）。次に、キャビティ２０の内部と回路パターンとの導通を確保する（ステップ８４）。具体的には、まず各キャビティ２０の内底面から各回路パターン１２にスルーホール２４を形成する。さらに、各スルーホール２４のキャビティ２０側開口部の周辺にマウント電極２６を形成するとともに、各スルーホール２４の内周面に導電膜を形成して、マウント電極２６と回路パターン１２との導通を確保する。次に、各スルーホール２４の導電膜の内側には封止部材を配置する（ステップ８５）。そして、各マウント電極２６に導電性接着剤８を塗布して、各圧電振動片５の接続電極を実装する（ステップ８６）。次に、各キャビティ２０の開口部に、それぞれリッド３０を装着する（ステップ８８）。なお、リッドをウエハと同形状の平板として装着してもよい。これにより、製造工程において微小なリッドの個片を取り扱う必要がなくなり、製造工程を簡略化することができる。
【００２９】
以上により、ウエハ４０における各圧電発振器の形成領域４１に、それぞれ圧電発振器１が形成される。そこで、ウエハ４０から各圧電発振器１を分離する（ステップ９０）。具体的には、各圧電発振器の形成領域４１の境界線４２に沿ってダイシング等を行うことにより、ウエハ４０から各圧電発振器を分離する。以上のように、ウエハにおいて圧電発振器を製造することができるので、製造工程において微小な圧電発振器の個片を取り扱う必要がなくなり、製造工程が簡略化される。また、ウエハにおいて同時に複数の圧電発振器を製造するので、圧電発振器の製造時間が短縮され、製造コストを低減することができる。
【００３０】
次に、実施形態に係る圧電発振器の使用方法について説明する。図５に、本実施形態に係る圧電発振器の使用方法の説明図を示す。なお、図５（１）および図５（２）は、図１（１）のＡ−Ａ線に相当する部分における側面断面図である。本実施形態に係る圧電発振器１は、以下に示す方法により、ユーザー基板２に実装して使用する。
【００３１】
圧電発振器１をユーザー基板２に実装するには、図５（１）に示すように、回路パターン１２上に形成した電極パッド１４の表面に、ユーザー基板２との接続端子としてのはんだボール５２を形成する。なお、はんだボール５２に代えてはんだペーストを塗布してもよい。そして、ユーザー基板２における電極パッド３の上面に、圧電発振器１におけるはんだボール５２を載置する。次に、はんだボール５２を加熱して溶解させ、圧電発振器１の電極パッド１４とユーザー基板２の電極パッド３とを接続する。これにより、圧電発振器１がユーザー基板２に実装され、ユーザー基板２の電極パッド３から圧電発振器１に対して通電可能となる。以上により、本実施形態に係る圧電発振器１とユーザー基板２との電気的接続を簡単に行うことができる。
【００３２】
さらに、図５（２）に示すように、圧電発振器１の底面とユーザー基板２の表面とのすき間に、アンダーフィル４を充填してもよい。アンダーフィル４は、熱硬化タイプのエポキシ樹脂等に流動性を持たせたものである。圧電発振器１とユーザー基板２とのすき間にアンダーフィル４を注入し、そのアンダーフィル４を加熱して硬化させる。これにより、圧電発振器１の回路パターン１２の表面がアンダーフィル４に覆われて保護される。なお、回路パターン１２の表面にポリイミド被膜を形成しない場合には、アンダーフィル４が特に有効である。
【００３３】
以上に詳述したように、本実施形態に係る圧電発振器は、電気絶縁性材料からなる平板の一方面側にＩＣの回路パターンを形成し、前記平板の他方面側に圧電振動片を実装するキャビティを形成して、キャビティの内部に圧電振動片を実装した。
【００３４】
なお、圧電発振器におけるＩＣの小型化は、他の技術分野におけるＩＣの小型化にならって、急速な進歩を遂げてきた。しかし、圧電振動片の小型化は、ＩＣの小型化に比べて遅れていた。そのため、小さいＩＣの内部に大きい圧電振動片を実装するという発想に至ることはなかった。近時になり、圧電振動片はＩＣと同等の大きさまで小型化できるようになった。これにより、ＩＣの内部に圧電振動片を実装するという本発明が生まれたのである。
【００３５】
ＩＣの内部に圧電振動片を実装することによって、圧電振動片やＩＣを実装するパッケージが不要となる。したがって、ＩＣと同じ平面サイズで圧電発振器を形成することが可能となり、圧電発振器の平面サイズを小型化することができる。また、パッケージを集積回路素子で兼用することで、圧電発振器を厚さ方向にも小型化することができる。一方、部品点数が削減されるので、製品コストを低減することができる。また、従来のような製品外形の小型化に伴うＩＣサイズの小型化が要求されないため、ＩＣの小型化に伴う微細配線加工を施すための設備投資等が不要となり、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態に係る圧電発振器の説明図である。
【図２】 スルーホール部分の拡大図である。
【図３】 実施形態に係る圧電発振器の製造方法のフローチャートである。
【図４】 実施形態に係る圧電発振器の製造方法の説明図である。
【図５】 実施形態に係る圧電発振器の使用方法の説明図である。
【図６】 従来技術に係る圧電発振器の説明図である。
【符号の説明】
１………圧電発振器、５………圧電振動片、６………励振電極、７………接続電極、８………導電性接着剤、１０………ＩＣ、１１………平板、１２………回路パターン、１４………電極パッド、１６………ポリイミド被膜、２０………キャビティ、２４………スルーホール、２６………マウント電極、３０………リッド、３２………接着剤。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric oscillator.
[0002]
[Prior art]
Piezoelectric oscillators are widely used to obtain a constant frequency signal in an electric circuit. FIG. 6 is an explanatory diagram of a piezoelectric oscillator having the same configuration as the piezoelectric oscillator described in Patent Document 1. 6A is a plan sectional view taken along line HH in FIG. 6B, and FIG. 6B is a side sectional view taken along line GG in FIG. The piezoelectric oscillator 101 has an integrated circuit element (IC) 110 and a piezoelectric vibrating piece 105 constituting an oscillation circuit mounted on a package base 121 formed in a bowl shape, and a lid 130 is mounted on an opening on the upper surface. is there.
[0003]
The package base 121 is configured by sequentially laminating ceramic sheets 121a, 121b, 121c, and 121d. A cavity 120 for mounting the IC 110 and the piezoelectric vibrating piece 105 is formed at the center of the package base 121. The IC 110 is mounted on the upper surface of the sheet 121a. The electrode 114 of the IC 110 is connected to an electrode pad 127 formed on the upper surface of the sheet 121b by wire bonding. On the other hand, the piezoelectric vibrating piece 105 is mounted in a cantilevered manner on the upper surface of the mount electrode 126 formed on the sheet 121c. The piezoelectric vibrating piece 105 has excitation electrodes formed on both sides of a piezoelectric material flat plate such as quartz. The IC 110 can be energized through the electrode pad 136 from the external terminal 138 formed on the outer bottom surface of the package base 121, and the excitation electrode of the piezoelectric vibrating piece 105 can be energized through the mount electrode 126. Yes. On the other hand, a lid 130 made of a metal material or the like is attached to the opening of the package base 121, and the inside of the cavity 120 is kept airtight in a nitrogen atmosphere or the like.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-163670
[Problems to be solved by the invention]
Recently, there is a strong demand for miniaturization in communication devices using piezoelectric oscillators. Along with this, miniaturization of the piezoelectric oscillator is strongly demanded. However, in the conventional piezoelectric oscillator 101 shown in FIG. 6, since the IC 110 needs to be mounted inside the cavity 120, the piezoelectric oscillator 101 is necessarily larger than the IC 110, and there is a limit to downsizing the planar size. . Further, since the ceramic sheet 121a, the IC 110, the piezoelectric vibrating piece 105, and the lid 128 are sequentially arranged in the thickness direction of the piezoelectric oscillator 101, there is a limit to the reduction in thickness.
[0006]
Further, the demand for cost reduction in piezoelectric oscillators is becoming stricter, and there is an urgent need to reduce costs by simplifying the structure and simplifying the manufacturing process.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric oscillator and a method for manufacturing the same that can be reduced in size and cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a piezoelectric oscillator according to the present invention is an integrated circuit that is a single-layer flat plate made of an electrically insulating material having a circuit pattern formed on one side and a concave cavity formed on the other side. An integrated circuit element, and a through hole penetrating from the inner bottom surface of the cavity to the circuit pattern. The through hole is filled with a sealing member, a mount electrode is formed on the inner bottom surface, and the mount electrode and the circuit pattern are electrically connected by a conductive member disposed in the through hole. The piezoelectric vibrating piece is mounted on the mount electrode.
[0008]
So far, miniaturization of integrated circuit elements in piezoelectric oscillators has made rapid progress in line with miniaturization of integrated circuit elements in other technical fields. However, the size reduction of the piezoelectric vibrating piece has been delayed compared to the size reduction of the integrated circuit element. Therefore, the idea of mounting a large piezoelectric vibrating piece inside a small integrated circuit element has not been reached. Recently, the piezoelectric resonator element can be downsized to the same size as the integrated circuit element. As a result, the present invention was born in which the piezoelectric vibrating piece was mounted inside the integrated circuit element.
[0009]
By mounting the piezoelectric vibrating piece inside the integrated circuit element, a package for mounting the piezoelectric vibrating piece or the integrated circuit element becomes unnecessary. Therefore, the piezoelectric oscillator can be formed with the same plane size as the integrated circuit element, and the plane size of the piezoelectric oscillator can be reduced. Further, by using the package also as an integrated circuit element, the piezoelectric oscillator can be reduced in the thickness direction. On the other hand, since the number of parts is reduced, the product cost can be reduced. In addition, since there is no need to reduce the size of the integrated circuit element that accompanies the downsizing of the outer shape of the product as in the past, there is no need for capital investment for performing fine wiring processing accompanying the downsizing of the integrated circuit element, and the manufacturing cost is reduced. Can be reduced.
[0010]
In addition, a through hole penetrating the circuit pattern from the inner bottom surface of the cavity is formed, a mount electrode is formed around the cavity side opening of the through hole, and the mount electrode is formed on an inner peripheral surface of the through hole. The conductive film connected to the inner surface of the through hole is filled with a sealing member inside the conductive film, and the piezoelectric vibrating piece is mounted on the mount electrode . As a result, it is possible to easily ensure the conduction between the mount electrode and the circuit pattern, and the manufacturing cost can be reduced. Further, by filling the sealing member, the airtightness of the cavity through the through hole can be ensured.
The conductive member is a conductive film formed on the inner peripheral surface of the through hole,
The sealing member can be configured to be filled inside the conductive film on the inner peripheral surface of the through hole.
[0011]
Further, the lid is attached to the opening of the cavity by adhesive disposed on the periphery of the opening of the cavity, the interior of the cavity may be a configuration in which is hermetically sealed. The lid may be a glass lid, and the adhesive may be a low melting point glass. In this case, the thermal expansion coefficient and the thermal contraction coefficient of the integrated circuit element, the low melting point glass, and the glass lid are equal to each other, so that breakage at the lid mounting portion can be prevented.
[0012]
Further, an external lead electrode pad may be provided on the circuit pattern, and a solder ball as a connection terminal with a substrate may be formed on the surface of the external lead electrode pad . Thereby, the electrical connection between the piezoelectric oscillator according to the present invention and the user board can be easily performed.
[0013]
On the other hand, a method of manufacturing a piezoelectric oscillator according to the present invention includes a step of forming a circuit pattern in each of a plurality of piezoelectric oscillator formation regions on one side of a single-layer wafer made of an electrically insulating material, Forming a concave cavity in the formation region of each piezoelectric oscillator on the other surface side, forming a through hole from the inner bottom surface of each cavity to each circuit pattern, and forming an inner bottom surface of each cavity Forming a mount electrode, forming a conductive member electrically connecting each circuit pattern and each mount electrode to each through-hole, filling each through-hole with a sealing member, a step of mounting the piezoelectric vibrating piece to the mount electrodes formed on the inner bottom of each cavity, the lid the the opening of each cavity And wear, and the a step of hermetically sealing the interior of each cavity, and separating the wafer into individual pieces of a plurality of the piezoelectric oscillator, configured to have.
[0014]
Thus, since the piezoelectric oscillator can be manufactured on the wafer, it is not necessary to handle a small piece of the piezoelectric oscillator in the manufacturing process, and the manufacturing process can be simplified. In addition, since a plurality of piezoelectric oscillators are manufactured simultaneously on the wafer, the manufacturing time of the piezoelectric oscillator can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced.
[0015]
The step of mounting the piezoelectric vibrating piece includes a step of forming a through hole in the circuit pattern from the inner bottom surface of the cavity, a mount electrode around the cavity side opening of the through hole, and the through hole. Forming a conductive film connected to the mount electrode on the inner peripheral surface of the hole, filling a sealing member inside the conductive film on the inner peripheral surface of the through hole, and applying the piezoelectric vibration to the mount electrode And a step of mounting the piece. As a result, it is possible to easily ensure the conduction between the mount electrode and the circuit pattern, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, airtightness of the cavity through the through hole can be ensured.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of a piezoelectric oscillator and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that what is described below is only one aspect of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
[0017]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the piezoelectric oscillator according to the embodiment. 1 (1) is a plan sectional view taken along line BB in FIG. 1 (2), and FIG. 1 (2) is a side sectional view taken along line AA in FIG. 1 (1). In the piezoelectric oscillator according to this embodiment, the circuit pattern 12 of the integrated circuit element 10 is formed on the lower surface of the flat plate 11 made of an electrically insulating material, and the cavity 20 for mounting the piezoelectric vibrating piece 5 is formed on the upper surface of the flat plate 11. Thus, the piezoelectric vibrating reed 5 is mounted inside the cavity 20.
[0018]
The integrated circuit element (IC) 10 is obtained by forming a circuit pattern 12 on the lower surface of a flat plate 11 made of an electrically insulating material such as silicon. The IC 10 used in the conventional piezoelectric oscillator is formed by grinding a flat plate having a thickness of about 625 μm to about 150 μm. However, in this embodiment, the flat plate having a thickness of about 625 μm may be used with little grinding. Thereby, a manufacturing process can be simplified and manufacturing cost can be reduced.
[0019]
As the circuit pattern 12, a pattern of a feedback amplification circuit for operating the piezoelectric vibrating piece is formed. If necessary, a temperature compensation circuit pattern for reducing frequency changes due to changes in ambient temperature may be added. Further, a voltage control circuit pattern for changing the output frequency by an external control voltage may be added. On the other hand, an electrode pad 14 made of a conductive material such as aluminum is formed on the surface of the circuit pattern 12 to allow electrical input / output between the circuit pattern 12 and the outside. Further, a polyimide film 16 may be formed on the surface of the circuit pattern 12 excluding the portion where the electrode pad 14 is formed. Thereby, the circuit pattern 12 is protected from the outside.
[0020]
In the present embodiment, the cavity 20 for mounting the piezoelectric vibrating piece 5 is formed on the upper surface of the flat plate 11. The cavity 20 is formed in a size that can enclose the piezoelectric vibrating piece 5. For example, a cavity 20 having a depth of about 250 μm is formed to enclose a piezoelectric vibrating piece having a thickness of about 100 μm. The cavity 20 is formed by half etching or the like. Half-etching is performed by immersing the flat plate 11 masking portions other than the portion where the cavity 20 is formed in a chemical solution such as hydrofluoric acid for a predetermined time.
[0021]
Further, in order to ensure electrical connection between the piezoelectric vibrating reed 5 and the circuit pattern 12, a through hole 24 is formed from the inner bottom surface of the cavity 20 to the circuit pattern. The through hole 24 is formed at a position where a mount electrode 26 described later is formed. A terminal (not shown) that is to be electrically connected to the piezoelectric vibrating piece 5 is formed at the position where the through hole 24 is formed in the circuit pattern 12. The through holes 24 can be formed by a chemical method such as etching or a mechanical method such as drilling.
[0022]
Next, the mount electrode 26 is formed on the inner bottom surface of the cavity 20. The mount electrode 26 is a portion for connecting the connection electrode 7 formed at the end portion of the piezoelectric vibrating piece 5, and is formed near the end portion of the inner bottom surface of the cavity 20. The mount electrode 26 is formed around the cavity side opening of the through hole 24. FIG. 2 shows an enlarged view of a through hole forming portion. The mount electrode 26 is made of Au, Al, or the like. The mount electrode 26 is formed by performing sputtering, plating, or the like while masking portions other than the mount electrode forming portion. Simultaneously with the formation of the mount electrode 26, a conductive film 27 is formed on the inner peripheral surface of the through hole 24. The conductive film 27 can ensure electrical connection between the circuit pattern 12 and the mount electrode 26. Further, the sealing member 28 is filled inside the conductive film 27. The sealing member 28 may be made of any conductive or electrically insulating material. The sealing member 28 is filled by injecting an adhesive or the like into the through hole 24 and curing the adhesive or the like. The sealing member 28 can ensure airtightness of the cavity 20 through the through hole 24.
[0023]
While the IC 10 is formed, the piezoelectric vibrating piece 5 is formed. As shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrating reed 5 has excitation electrodes formed on both sides of a flat plate made of a piezoelectric material such as quartz. In the case of an AT-cut quartz plate, the excitation electrode 6 is arranged at the center of both surfaces, and two connection electrodes 7 are arranged side by side at the end thereof to ensure electrical continuity with each excitation electrode 6. Each electrode is composed of two layers of Au / Cr or Ag / Cr.
[0024]
Then, the piezoelectric vibrating piece 5 is mounted inside the cavity 20. Specifically, a conductive adhesive 8 such as an Ag paste is applied to the upper surface of the mount electrode 26 of the cavity 20, and the connection electrode 7 of the piezoelectric vibrating piece 5 is bonded to the mount electrode 26. Thus, the piezoelectric vibrating piece 5 is mounted in a cantilever state. As a result, the circuit pattern 12 can be energized to the excitation electrode 6 of the piezoelectric vibrating piece 5. The piezoelectric vibrating piece to be mounted inside the cavity 20 may be a tuning fork type piezoelectric vibrating piece or a SAW chip. In the case of the SAW chip, an electrode pad is formed instead of the mount electrode, and the IDT electrode of the SAW chip and the electrode pad are connected by wire bonding or the like.
[0025]
Further, the lid 30 is attached to the opening of the cavity 20. The lid 30 is made of a metal material such as Kovar or a glass material. The mounting of the lid 30 is performed by applying the adhesive 32 to the entire periphery of the opening peripheral edge of the cavity 20 and bonding the lid 30. The lid 30 is attached in a nitrogen atmosphere or a vacuum atmosphere, so that the inside of the cavity 20 is hermetically sealed in a nitrogen atmosphere or a vacuum atmosphere. Thereby, the adhesion of impurities to the excitation electrode 6 of the piezoelectric vibrating piece 5 is eliminated, and the shift of the resonance frequency can be prevented.
[0026]
Note that the inside of the cavity 20 may be hermetically sealed by applying low-melting-point glass to the peripheral edge of the opening of the cavity 20 in the flat plate 11 made of silicon material, and attaching the glass lid 30 to the opening of the cavity 20. . In this case, since the thermal expansion coefficient and the thermal contraction coefficient of the flat plate 11, the low melting glass, and the glass lid 30 are equal, it is possible to prevent the shear fracture at the lid mounting portion.
[0027]
Next, a method for manufacturing the piezoelectric oscillator according to this embodiment will be described. FIG. 3 shows a flowchart of the method for manufacturing the piezoelectric oscillator according to the present embodiment. FIG. 4 is an explanatory view of the method for manufacturing the piezoelectric oscillator according to the embodiment. 4A is a plan view of the wafer, and FIG. 4B is a side cross-sectional view taken along the line DD in FIG. A plurality of piezoelectric oscillators according to this embodiment are manufactured simultaneously on a wafer 40 made of an electrically insulating material such as silicon.
[0028]
First, the circuit pattern 12 is formed in the formation area 41 of each piezoelectric oscillator on the wafer 40 (step 80). Each circuit pattern 12 is formed on one surface of the wafer 40. Further, the cavity 20 is formed in the formation area 41 of each piezoelectric oscillator on the wafer 40 and on the other surface of the circuit pattern 12 formation surface (step 82). Next, electrical connection between the inside of the cavity 20 and the circuit pattern is ensured (step 84). Specifically, first, through holes 24 are formed in each circuit pattern 12 from the inner bottom surface of each cavity 20. Further, a mount electrode 26 is formed around the cavity 20 side opening of each through hole 24, and a conductive film is formed on the inner peripheral surface of each through hole 24, thereby electrically connecting the mount electrode 26 and the circuit pattern 12. Secure. Next, a sealing member is disposed inside the conductive film of each through hole 24 (step 85). Then, the conductive adhesive 8 is applied to each mount electrode 26, and the connection electrode of each piezoelectric vibrating piece 5 is mounted (step 86). Next, the lid 30 is attached to the opening of each cavity 20 (step 88). The lid may be mounted as a flat plate having the same shape as the wafer. This eliminates the need to handle small lid pieces in the manufacturing process, thereby simplifying the manufacturing process.
[0029]
As described above, the piezoelectric oscillator 1 is formed in each piezoelectric oscillator forming region 41 of the wafer 40. Therefore, each piezoelectric oscillator 1 is separated from the wafer 40 (step 90). Specifically, each piezoelectric oscillator is separated from the wafer 40 by performing dicing or the like along the boundary line 42 of the formation area 41 of each piezoelectric oscillator. As described above, since the piezoelectric oscillator can be manufactured on the wafer, it is not necessary to handle a small piece of the piezoelectric oscillator in the manufacturing process, and the manufacturing process is simplified. In addition, since a plurality of piezoelectric oscillators are manufactured simultaneously on the wafer, the manufacturing time of the piezoelectric oscillator can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced.
[0030]
Next, a method for using the piezoelectric oscillator according to the embodiment will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of using the piezoelectric oscillator according to the present embodiment. 5 (1) and 5 (2) are side cross-sectional views of the portion corresponding to the line AA in FIG. 1 (1). The piezoelectric oscillator 1 according to the present embodiment is used by being mounted on the user board 2 by the following method.
[0031]
In order to mount the piezoelectric oscillator 1 on the user board 2, as shown in FIG. 5 (1), solder balls 52 as connection terminals to the user board 2 are formed on the surface of the electrode pads 14 formed on the circuit pattern 12. Form. Note that solder paste may be applied instead of the solder balls 52. Then, the solder ball 52 in the piezoelectric oscillator 1 is placed on the upper surface of the electrode pad 3 in the user substrate 2. Next, the solder ball 52 is heated and melted to connect the electrode pad 14 of the piezoelectric oscillator 1 and the electrode pad 3 of the user board 2. Thereby, the piezoelectric oscillator 1 is mounted on the user board 2, and the piezoelectric oscillator 1 can be energized from the electrode pad 3 of the user board 2. As described above, the electrical connection between the piezoelectric oscillator 1 according to the present embodiment and the user board 2 can be easily performed.
[0032]
Further, as shown in FIG. 5 (2), an underfill 4 may be filled between the bottom surface of the piezoelectric oscillator 1 and the surface of the user substrate 2. The underfill 4 is obtained by imparting fluidity to a thermosetting epoxy resin or the like. An underfill 4 is injected between the piezoelectric oscillator 1 and the user substrate 2, and the underfill 4 is heated and cured. Thereby, the surface of the circuit pattern 12 of the piezoelectric oscillator 1 is covered and protected by the underfill 4. The underfill 4 is particularly effective when a polyimide coating is not formed on the surface of the circuit pattern 12.
[0033]
As described in detail above, in the piezoelectric oscillator according to the present embodiment, an IC circuit pattern is formed on one side of a flat plate made of an electrically insulating material, and a piezoelectric vibrating piece is mounted on the other side of the flat plate. A cavity was formed, and a piezoelectric vibrating piece was mounted inside the cavity.
[0034]
Note that miniaturization of ICs in piezoelectric oscillators has made rapid progress following miniaturization of ICs in other technical fields. However, downsizing of the piezoelectric vibrating piece has been delayed compared with downsizing of the IC. Therefore, the idea of mounting a large piezoelectric vibrating piece inside a small IC has not been reached. Recently, the piezoelectric vibrating piece can be downsized to the same size as an IC. As a result, the present invention was born in which the piezoelectric vibrating piece was mounted inside the IC.
[0035]
By mounting the piezoelectric vibrating piece inside the IC, the piezoelectric vibrating piece and the package for mounting the IC become unnecessary. Therefore, the piezoelectric oscillator can be formed with the same planar size as the IC, and the planar size of the piezoelectric oscillator can be reduced. Further, by using the package also as an integrated circuit element, the piezoelectric oscillator can be reduced in the thickness direction. On the other hand, since the number of parts is reduced, the product cost can be reduced. In addition, since there is no need to reduce the size of the IC that accompanies the downsizing of the outer shape of the product as in the prior art, there is no need for capital investment for performing fine wiring processing accompanying the downsizing of the IC, and the manufacturing cost can be reduced. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a piezoelectric oscillator according to an embodiment.
FIG. 2 is an enlarged view of a through hole portion.
FIG. 3 is a flowchart of a method for manufacturing a piezoelectric oscillator according to an embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a piezoelectric oscillator according to an embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of using the piezoelectric oscillator according to the embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a piezoelectric oscillator according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...... Piezoelectric oscillator, 5 ...... Piezoelectric vibration piece, 6 ... Excitation electrode, 7 ... Connection electrode, 8 ... Conductive adhesive, 10 ... IC, 11 ... Flat plate, 12 ......... Circuit pattern, 14 ......... Electrode pad, 16 ......... Polyimide coating, 20 ......... Cavity, 24 ......... Through hole, 26 ......... Mount electrode, 30 ......... Lid, 32 ... …adhesive.

Claims (6)

一方面側に回路パターンが形成され、他方面側に凹状のキャビティが形成された電気絶縁性材料からなる単層の平板である集積回路素子と、
前記キャビティの内部に実装された圧電振動片と、
前記キャビティの開口部に装着されたリッドと、
を備え、
前記キャビティの内底面から前記回路パターンに貫通するスルーホールが前記集積回路素子に形成され、前記スルーホールは封止部材により充填されており、
前記内底面にマウント電極が形成され、
前記スルーホール内に配置された導電部材により、前記マウント電極と前記回路パターンとが電気的に接続され、
前記マウント電極に前記圧電振動片が実装されていることを特徴とする圧電発振器。 An integrated circuit element that is a single-layer flat plate made of an electrically insulating material having a circuit pattern formed on one side and a concave cavity formed on the other side;
A piezoelectric vibrating piece mounted inside the cavity;
A lid attached to the opening of the cavity;
With
A through hole penetrating from the inner bottom surface of the cavity to the circuit pattern is formed in the integrated circuit element, and the through hole is filled with a sealing member,
A mount electrode is formed on the inner bottom surface,
By the conductive member arranged in the through hole, the mount electrode and the circuit pattern are electrically connected,
The piezoelectric oscillator, wherein the piezoelectric vibrating piece is mounted on the mount electrode . 請求項１に記載の圧電発振器において、
前記導電部材は、前記スルーホールの内周面に形成された導電膜であり、
前記封止部材は、前記スルーホールの前記内周面における前記導電膜の内側に充填されていることを特徴とする圧電発振器。 The piezoelectric oscillator according to claim 1,
The conductive member is a conductive film formed on the inner peripheral surface of the through hole,
The piezoelectric oscillator , wherein the sealing member is filled inside the conductive film on the inner peripheral surface of the through hole . 請求項１または２に記載の圧電発振器において、
前記キャビティの前記開口部の周縁部に配置された接着剤により前記キャビティの前記開口部に前記リッドが装着されて、前記キャビティの内部が気密封止されていることを特徴とする圧電発振器。The piezoelectric oscillator according to claim 1 or 2,
A piezoelectric oscillator , wherein the lid is attached to the opening of the cavity by an adhesive disposed at a peripheral edge of the opening of the cavity, and the inside of the cavity is hermetically sealed. 請求項３に記載の圧電発振器において、
前記リッドは、ガラス製リッドであり、
前記接着剤は、低融点ガラスであることを特徴とする圧電発振器。 The piezoelectric oscillator according to claim 3, wherein
The lid is a glass lid,
The piezoelectric oscillator , wherein the adhesive is low-melting glass . 請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電発振器において、
前記回路パターン上に外部導出電極パッドが設けられ、前記外部導出電極パッドの表面に基板との接続端子であるはんだボールが形成されていることを特徴とする圧電発振器。The piezoelectric oscillator according to any one of claims 1 to 4 ,
An external oscillator electrode pad is provided on the circuit pattern, and a solder ball as a connection terminal with a substrate is formed on the surface of the external electrode pad . 電気絶縁性材料からなる単層のウエハの一方面側における複数の圧電発振器の形成領域のそれぞれに、回路パターンを形成する工程と、
前記ウエハの他方面側における前記各圧電発振器の形成領域に、凹状のキャビティを形成する工程と、
前記各キャビティの内底面から前記各回路パターンにスルーホールを形成する工程と、
前記各キャビティの前記内底面にマウント電極を形成するとともに、前記各スルーホールに前記各回路パターンと前記各マウント電極とを電気的に接続する導電部材を形成する工程と、
前記各スルーホールに封止部材を充填する工程と、
前記各キャビティの前記内底部に形成された前記マウント電極に圧電振動片を実装する工程と、
前記各キャビティの開口部にリッドを装着して、前記各キャビティの内部を気密封止する工程と、
前記ウエハを複数の前記圧電発振器の個片に分離する工程と、
を有することを特徴とする圧電発振器の製造方法。Forming a circuit pattern on each of a plurality of piezoelectric oscillator formation regions on one side of a single-layer wafer made of an electrically insulating material;
Forming a concave cavity in the formation region of each piezoelectric oscillator on the other surface side of the wafer;
Forming a through hole in each circuit pattern from the inner bottom surface of each cavity;
Forming a mount electrode on the inner bottom surface of each cavity, and forming a conductive member that electrically connects each circuit pattern and each mount electrode to each through hole;
Filling each through hole with a sealing member;
Mounting a piezoelectric vibrating piece on the mount electrode formed on the inner bottom of each cavity;
Attaching a lid to the opening of each cavity and hermetically sealing the inside of each cavity;
Separating said wafer into individual pieces of a plurality of the piezoelectric oscillator,
A method for manufacturing a piezoelectric oscillator, comprising:
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