JP4370990B2

JP4370990B2 - 圧電発振器及びその製造方法

Info

Publication number: JP4370990B2
Application number: JP2004205118A
Authority: JP
Inventors: 大輔大石; 誠駒井
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2024-07-12
Also published as: US20060197619A1; JP2006033093A

Description

本発明は表面実装用の圧電発振器の製造方法に関し、特に圧電振動素子とＩＣチップを同一のパッケージ内に封止した圧電発振器において発生し易い不具合、即ち、半導体材料を加工する際に発生した研磨剤や削り屑が圧電振動素子に付着することによって、ＤＬＤ特性不良を惹起することを防止することができる圧電発振器の製造方法に関する。

携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化、及び小型化の急速な進展により、これらの通信機器に使用される水晶発振器等の圧電発振器に対しても、低価格化、小型化、及び薄型化の要請が高まっている。
このような要請に対応するために、図６に示した如き表面実装型圧電発振器が提案されている。この圧電発振器は、上面に凹陥部１０１を備えると共に底部に表面実装用の外部電極１０２を備えた絶縁容器１００と、凹陥部１０１の底面に設けた内部パッド１０５上にフェイスダウン搭載されたＩＣチップ１１０と、凹陥部１０１内の段差１１５上に設けた接続パッド１１６上に導電性接着剤１１７を用いて電気的機械的に固定される圧電振動素子１２０と、絶縁容器の凹陥部１０１を封止する金属蓋１２５と、絶縁容器１００の外枠上面に一体化されたシームリング１２６等を備えている。
圧電振動素子１２０は、例えば水晶等の圧電基板の両主面に夫々励振電極と、各励振電極から伸びるリード電極が形成されている。
この圧電発振器にあっては、外部電極１０２と、内部パッド１０５と、接続パッド１１６、シームリング１２６の間は、図示していない内部導体によって接続されている。
ＩＣチップ１１０は、発振回路、温度補償回路等を構成するベアチップであり、例えばシリコン基板の片面に集積回路と集積回路に接続された電極を露出配置した構成を備えており、電極が形成されている面側を下向き（フェイスダウン）状態にして、バンプ１１１などを用いて凹陥部１０１の内底面に形成されている内部パッド１０５、１０５にフリップチップ実装されている。
なお、ＩＣチップと圧電振動素子１２０を絶縁容器１００の同一空間に収納するように構成した圧電発振器は特許文献１などに開示されている。
特開２０００−３２３９２７公報

ところで、上記したような従来の表面実装型水晶発振器は、薄型化、低背化を図るために、絶縁容器１００の同一空間内にＩＣチップ１１０と圧電振動素子１２０とを高さ方向に重ねて収納したうえで、絶縁容器１００内に収納したＩＣチップ１１０の表面を保護用の樹脂により覆わないように構成していた。さらに、このような構造の水晶発振器では、より一層の低背化を実現するために、ＩＣチップ１１０を薄く加工するなどしていた。
しかしながら、ＩＣチップ１１０の薄型化を図るために、絶縁容器１００の同一空間内にＩＣチップ１１０と圧電振動素子１２０を収納した場合、ＩＣチップ１１０の表面に付着していたシリコン屑などの塵が圧電振動素子１２０に付着して、ドライブレベル依存特性（ＤＬＤ：Drive Level Dependency、以下、「ＤＬＤ特性」と表記する）不良を引き起こすおそれがあった。
ＤＬＤ特性とは、圧電振動素子１２０のドライブレベル変化による発振周波数の変化などを示した特性であり、ＤＬＤ特性不良は、以下のようなＩＣチップの製造工程にも、その要因があることがわかった。

通常、ＩＣチップの製造工程において、ＩＣチップを薄く加工する場合、集積回路を形成したシリコンウェハを用意し、その集積回路面（以下、「表面」という）を保護膜または保護テープで覆った後、シリコンウェハの集積回路が形成されていない面（以下、「裏面」という）を研磨剤により研磨加工する。そして、シリコンウェハが所望の厚みに達したら研磨剤、及び削り屑を純水にて洗い流すようにしている。しかしながら、上記のようにしてシリコンウェハの研磨加工を行った場合、シリコンウェハの裏面に研磨により微細な欠き傷ができ、この欠き傷内に研磨剤の粒子や削り屑が嵌まり込むことがある。あるいはシリコンウェハの裏面にささくれ状態でシリコン結晶屑が残ることがある。このような粒子の屑は、これまでの純水による洗浄では簡単には完全に取り去ることができない。このため、このようなＩＣチップを圧電振動素子と同一空間内に且つ、ＩＣチップの研磨面が圧電素子と対面するように配置した場合は、発振器に加わる衝撃等により粒子や屑がＩＣチップから外れて圧電振動素子（水晶片）に付着する。この結果、圧電振動素子のＤＬＤ特性不良を引き起こす要因になる場合があった。
そこで、本発明は上記したような点を鑑みてなされたものであり、圧電振動素子とＩＣチップを同一のパッケージ内に封止した圧電発振器において発生し易いＤＬＤ特性不良を防止することができる圧電発振器の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明に係る圧電発振器は、ＩＣチップと、圧電振動素子と、前記ＩＣチップと前記圧電振動素子とを同一空間内に収納した容器と、を有する圧電発振器であって、前記容器内の一面に内部パッドを形成し、前記ＩＣチップの一方の主面を前記一面に対面させて前記ＩＣチップを前記内部パッドにバンプにて接続し、前記ＩＣチップにおける前記接続の部分以外の表面が前記同一空間内に露出した構成を有し、前記ＩＣチップが、前記一方の主面側に前記集積回路を形成された後に前記ＩＣチップの他方の主面側にエッチング処理と、該エッチング処理面に化学洗浄処理を施されたものであることを特徴とする。
請求項２に係る圧電発振器は、前記圧電振動素子を前記ＩＣチップの前記他方の主面に対向配置したことを特徴とする。
請求項３に係る圧電発振器では、前記エッチング処理は、ケミカルポリッシュ処理であることを特徴とする。

請求項４に係る圧電発振器では、前記ＩＣチップは、シリコンウェハをレーザ光線にて切断し個片化したものであることを特徴とする。
請求項５に係る圧電発振器の製造方法は、ＩＣチップと、圧電振動素子と、前記ＩＣチップと前記圧電振動素子とを同一空間内に収納した容器と、を有する圧電発振器であって、前記容器内の一面に内部パッドを形成し、前記ＩＣチップの一方の主面を前記一面に対面させてフェイスダウン実装するように前記ＩＣチップを前記内部パッドにバンプにて接続し、前記ＩＣチップにおける前記接続の部分以外の表面が前記同一空間内に露出した圧電発振器の製造方法であって、前記圧電振動素子と、前記ＩＣチップと、を用意する工程と、前記ＩＣチップと前記圧電振動素子とを前記容器の同一空間内に収容する工程と、を有し、前記ＩＣチップを用意する工程が、シリコンウェハを用意する工程と、前記シリコンウェハの前記一方の主面に集積回路を形成する工程と、前記シリコンウェハの他方の主面をエッチング処理する工程と、前記シリコンウェハの前記エッチング処理された面を化学洗浄処理する工程と、前記シリコンウェハを切断して前記ＩＣチップを個片化する工程と、を有することを特徴とする。
請求項６に係る圧電発振器の製造方法は、前記ＩＣチップと前記圧電振動素子とを前記容器の同一空間内に収容する工程では、前記圧電振動素子を前記ＩＣチップの前記他方の主面の上側に配置するように収容することを特徴とする。
請求項７に係る圧電発振器の製造方法では、前記エッチング処理は、ケミカルポリッシュ処理であることを特徴とする。
請求項８の発明に係る圧電発振器の製造方法では、前記ＩＣチップは、前記ＩＣチップウェハをレーザ光線にて切断し個片化したものであることを特徴とする。

本発明によれば、ＩＣチップウェハの集積回路が形成されていない面にケミカルポリッシュ処理を施すことで、ＩＣチップウェハの研磨による研磨剤の粒子やＩＣチップウェハの切り屑、あるいはシリコン結晶屑などが残存することがないので、ＩＣチップと圧電振動素子とを同一空間に収納するように圧電発振器を構成した場合でもＤＬＤ特性不良の発生を防止することができる。
また本発明においては、ＩＣチップウェハの集積回路が形成されていない面に化学洗浄処理を施してＩＣチップウェハの表面を僅かにエッチングすることにより整えたことで、ＩＣチップウェハの研磨による研磨剤の粒子やＩＣチップウェハの切り屑、あるいはシリコン結晶屑などが残存することがないので、ＩＣチップと圧電振動素子とを同一空間に収納するように圧電発振器を構成した場合でもＤＬＤ特性不良の発生を防止することができる。
また、切断工程において、レーザ光線を用いてＩＣチップウェハの切断を行うようにすると、ＩＣチップウェハにチッピングや欠けが発生しないので、ＤＬＤ特性不良の対策としてはより効果的である。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る表面実装型水晶発振器の概略構成を示した図であり、図１（ａ）には水晶発振器の斜視図が、図１（ｂ）には、同図（ａ）に示した圧電発振器を一点鎖線Ａ−Ａで切断した断面図がそれぞれ示されている。
この図１（ａ）（ｂ）に示す圧電発振器１は、上面に凹陥部３を有すると共に、その外側底部に表面実装用の外部電極４、４・・を備えた絶縁容器２と、凹陥部３の底面に設けた内部パッド５上にフェイスダウン搭載されたＩＣチップ６と、絶縁容器２の外枠上面に設けた接続パッド８上に導電性接着剤９を用いて電気的機械的に固定される圧電振動素子１１と、絶縁容器２の凹陥部３を封止する金属蓋１３と、絶縁容器２の外枠上面に一体化されたシームリング１２等を備えている。圧電振動素子１１は、例えば水晶等の圧電基板の両主面に夫々励振電極と、各励振電極から伸びるリード電極が形成されている。
このような圧電発振器１にあっては、外部電極４と、内部パッド５と、接続パッド８、シームリング１２の間は、図示していない内部導体によって接続されている。ＩＣチップ６は、発振回路、温度補償回路等を構成するベアチップであり、例えばシリコン基板の片面に集積回路と集積回路に接続された電極を露出配置した構成を備えており、電極が形成されている面（集積回路形成面）側を下向き（フェイスダウン）状態にして、バンプ７、７などの接続部材を用いて凹陥部３の内底面に形成されている内部パッド５、５にフリップチップするようにしている。
そして、本実施の形態の圧電発振器１においては、絶縁容器２に実装されるＩＣチップ６の裏面側をエッチング処理したエッチング面２０とすることで、上面側となるＩＣチップ６の裏面に、ＩＣチップ６を薄く研磨加工したときの切り屑などが残存しないようにしている。これにより、ＩＣチップ６と圧電振動素子１１とを同一空間に収納したシングルシールタイプの圧電発振器において、ＤＬＤ特性不良が発生するのを防止することができる。

以下、図１に示した表面実装型水晶発振器の製造方法について説明する。
図２、図３は、第１の実施の形態に係る表面実装型水晶発振器の製造手順を示した図である。
この場合、まず、図２に示す工程Ｓ１において、図示しない集積回路作製工程において集積回路が形成されたシリコンウェハ（ＩＣチップウェハ）３１を用意する。このようなシリコンウェハ３１は、上記したベアチップとしてのＩＣチップが多数個連結した状態で形成されている。
次に工程Ｓ２において、シリコンウェハ３１の裏面側、つまり集積回路が形成されていない面側にケミカルポリッシュ処理を施す。ケミカルポリッシュ処理とは、例えば水酸化カリウムなどのアルカリ溶液によるエッチング、またはアルカリ溶液などのエッチング液と砥粒（研磨剤）とを併用して行う研磨処理とされる。この場合、研磨剤には例えばシリカ粒子が用いられる。
上記工程Ｓ２におけるエッチング加工処理終了後、工程Ｓ３においてシリコンウェハ３１の洗浄を行い、洗浄終了後、工程Ｓ４においてシリコンウェハ３１の片側全面にテープを貼付する。そして、工程Ｓ５においてシリコンウェハ３１をカッター３２により、図示すような切断ラインとなるように切断して、シリコンウェハ３１から多数のＩＣチップ６，６・・を取り出す。そして次の工程Ｓ６において、ＩＣチップ６に貼付されているテープをはがすようにする。なお、シリコンウェハを切断する際には、切りくずを洗い流すようにする。また、このときテープは厚み方向にハーフカットする。
上記工程Ｓ６により得られたＩＣチップ６は、図３に示す工程Ｓ７において、例えばＩＣチップ６を吸着することができる吸着ツール４１を用いて、ＩＣチップ６の表面（集積回路面）を下向き（フェイスダウン）状態にして、絶縁容器２の内部パッド５、５にＩＣチップ６をフリップチップ実装する。この場合、絶縁容器２に実装されたＩＣチップ６の上面側は、ケミカルポリッシュ処理によりエッチングしたエッチング面２０となる。
そして続く工程Ｓ８において、絶縁容器２の接続パッド８上に導電性接着剤９を用いて圧電振動素子１１を接続した後、工程Ｓ９において、絶縁容器２上面のシールリング１２に金属蓋１３を取り付け、絶縁容器２内を気密封止する。これにより、上記図１に示した表面実装型水晶発振器を構成することができる。
このように圧電発振器を製造すれば、圧電発振器のより一層の薄型化を図るために、ＩＣチップ６をより薄くするための研磨加工を行ったとしても、ＩＣチップ６の裏面に研磨剤の粒子やシリコンウェハの切り屑、あるいはシリコン結晶屑などが残存することがないので、従来、シングルシールタイプの圧電発振器において発生していたＤＬＤ特性不良を防止することができる。

次に、第２の実施の形態に係る表面実装型水晶発振器の製造手順について説明する。
この場合、先ず、図４に示す工程Ｓ１１において、集積回路が形成されたシリコンウェハ３１を用意する。次に工程Ｓ１２において、シリコンウェハ３１の裏面を研磨加工する処理を行った後、工程Ｓ１３において、研磨加工した研磨加工面にケミカルポリッシュ処理を施すようにする。工程Ｓ１３におけるケミカルポリッシュ処理終了後、工程Ｓ１４においてシリコンウェハ３１を洗浄し、洗浄後、先において説明した図２に示す工程Ｓ４以降の手順で製造する。つまり、シリコンウェハ３１の片側全面にテープを貼付した後、シリコンウェハ３１を切断してＩＣチップ６を取り出した後、ＩＣチップ６に貼付されているテープをはがすようにする。この後、吸着ツール４１を用いてＩＣチップ６をフリップチップ実装し、さらに圧電振動素子１１を搭載して絶縁容器２内を気密状態で封止することで、図１に示した表面実装型水晶発振器を構成することができる。この場合も、シリコンウェハ３１の表面が最終的にエッチング加工面となるので、ＩＣチップ６の裏面に研磨剤の粒子やシリコンウェハの切り屑、あるいはシリコン結晶屑などが残存することがないのでＤＬＤ特性不良を防止することができる。

次に、第３の実施の形態に係る表面実装型水晶発振器の製造手順について説明する。
この場合も、まず、図５に示す工程Ｓ２１において、集積回路が形成されたシリコンウェハ３１を用意する。次に工程Ｓ２２において、シリコンウェハ３１の裏面を研磨加工処理した後、工程Ｓ２３において、研磨面に対して化学洗浄処理を施す。化学洗浄処理では、例えば希薄エッチング液を用いて洗浄を行った後、必要に応じてフッ化水素水などのフッ化溶液やアンモニア溶液、塩酸溶液による浄化処理を施す。なお、希薄エッチング液としては、例えばアンモニア、過酸化水素水、水を１：１：５の比率により混合したものを用いる。上記工程Ｓ２３において化学洗浄処理を行った後、工程Ｓ２４においてシリコンウェハ３１を純水により洗浄し、洗浄終了後、上記同様、図２に示した工程Ｓ４以降の製造手順、即ち、シリコンウェハ３１の片側全面にテープを貼付した後、シリコンウェハ３１を切断してＩＣチップ６を取り出した後、ＩＣチップ６に貼付されているテープをはがす。この後、吸着ツール４１を用いてＩＣチップ６をフリップチップ実装し、さらに圧電振動素子１１を搭載して絶縁容器２内を気密状態で封止することで、図１に示した表面実装型水晶発振器を構成することができる。
このようにした場合は、化学洗浄により僅かではあるがシリコンウェハ３１の表面が除去されることにより、研磨により生じた溝に挟まっている屑などを取り除くことができるので、上記同様、ＩＣチップ６の裏面に研磨剤の粒子やシリコンウェハの切り屑、あるいはシリコン結晶屑などが残存することがない。
なお、上記第１及び第２の実施の形態に係る水晶振動子の製造工程において、工程Ｓ３（Ｓ１４）にて化学洗浄を行うようにしてもよい。また、工程Ｓ３（Ｓ１４）にて化学洗浄と純水洗浄を行うようにしてもよい。その場合は化学洗浄を行った後に純水洗浄を行うようにする。
また、工程Ｓ５において、レーザ光線を用いてシリコンウェハ３１を切断した場合、ダイシングブレードを用いて切断したときのように、シリコンウェハ３１にチッピングや欠けが発生しないので、レーザ光線を用いてシリコンウェハ３１を切断したほうがＤＬＤ特性不良の対策としてはより効果的である。
また、本実施の形態においては、絶縁容器２の上面に圧電振動素子１１を接続するための接続パット８を設け、この接続パット８の外周囲に金属蓋１３を接続するためのシームリング１２を配置することで、ＩＣチップ６と圧電振動素子１１、及び圧電振動素子１１と金属蓋１３とが接触しないように構成しているが、これはあくまでも一例であり、本発明は、少なくともＩＣチップと圧電振動素子１１が絶縁容器の同一空間内に配置される構造の圧電発振器であれば適用することができる。例えば図６に示したような構造の圧電発振器にも適用可能であることはいうまでもない。

本発明の実施形態に係る表面実装型水晶発振器の概略構造を示した図。第１の実施の形態に係る表面実装型水晶発振器の製造手順を示した図。第１の実施の形態に係る表面実装型水晶発振器の製造手順を示した図。第２の実施の形態に係る表面実装型水晶発振器の製造手順を示した図。第３の実施の形態に係る表面実装型水晶発振器の製造手順を示した図。従来の表面実装型水晶発振器の概略構造を示した図。

符号の説明

１圧電発振器、２絶縁容器、３凹陥部、４外部電極、５内部パット、６ＩＣチップ、７電極、８接続パット、９導電性接着剤、１１圧電振動素子、１２シームリング、１３金属蓋、２０エッチング面

Claims

ＩＣチップと、圧電振動素子と、前記ＩＣチップと前記圧電振動素子とを同一空間内に収納した容器と、を有する圧電発振器であって、前記容器内の一面に内部パッドを形成し、前記ＩＣチップの一方の主面を前記一面に対面させて前記ＩＣチップを前記内部パッドにバンプにて接続し、前記ＩＣチップにおける前記接続の部分以外の表面が前記同一空間内に露出した構成を有し、前記ＩＣチップが、前記一方の主面側に前記集積回路を形成された後に前記ＩＣチップの他方の主面側にエッチング処理と、該エッチング処理面に化学洗浄処理を施されたものであることを特徴とする圧電発振器。
前記圧電振動素子を前記ＩＣチップの前記他方の主面に対向配置したことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
前記エッチング処理は、ケミカルポリッシュ処理であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電発振器。
前記ＩＣチップは、シリコンウェハをレーザ光線にて切断し個片化したものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の圧電発振器。
ＩＣチップと、圧電振動素子と、前記ＩＣチップと前記圧電振動素子とを同一空間内に収納した容器と、を有する圧電発振器であって、前記容器内の一面に内部パッドを形成し、前記ＩＣチップの一方の主面を前記一面に対面させてフェイスダウン実装するように前記ＩＣチップを前記内部パッドにバンプにて接続し、前記ＩＣチップにおける前記接続の部分以外の表面が前記同一空間内に露出した圧電発振器の製造方法であって、
前記圧電振動素子と、前記ＩＣチップと、を用意する工程と、
前記ＩＣチップと前記圧電振動素子とを前記容器の同一空間内に収容する工程と、を有し、
前記ＩＣチップを用意する工程が、シリコンウェハを用意する工程と、
前記シリコンウェハの前記一方の主面に集積回路を形成する工程と、
前記シリコンウェハの他方の主面をエッチング処理する工程と、
前記シリコンウェハの前記エッチング処理された面を化学洗浄処理する工程と、
前記シリコンウェハを切断して前記ＩＣチップを個片化する工程と、を有することを特徴とする圧電発振器の製造方法。
前記ＩＣチップと前記圧電振動素子とを前記容器の同一空間内に収容する工程では、前記圧電振動素子を前記ＩＣチップの前記他方の主面の上側に配置するように収容することを特徴とする請求項５に記載の圧電発振器の製造方法。
前記エッチング処理は、ケミカルポリッシュ処理であることを特徴とする請求項５又は請求項７に記載の圧電発振器の製造方法。
前記ＩＣチップは、前記ＩＣチップウェハをレーザ光線にて切断し個片化したものであることを特徴とする請求項５に記載の圧電発振器の製造方法。