JP5157641B2 - 圧電発振器及び送信機 - Google Patents

Description

本発明は、圧電発振器及び圧電発振器を備えた送信機に関するものである。

近年、情報通信技術、ネットワーク技術の急激な発達に伴う通信の高速化に対応するために、通信機器に使用する発振器の高周波化及び高安定性が要求されている。高周波化に適した発振器として、弾性表面波（以下「ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）」ともいう）を利用した圧電振動片としてのＳＡＷ共振子と、このＳＡＷ共振子を駆動する発振回路などを集積回路化した半導体回路素子（以下「ＩＣチップ」という）とからなるＳＡＷ発振器や、ＳＡＷ発振器を備えた送信機などが広く使用されている。更に、携帯電話などの通信機器に対する小型化・薄型化の要求に対応して、より一層の小型化を図るために、ＳＡＷ共振子とＩＣチップとを同一パッケージ内に収容するＳＡＷ発振器が、例えば特許文献１に示されている。

特許文献１のＳＡＷ発振器は、パッケージベースと蓋体とからなるパッケージと、主面に電極パッド（外部接続用電極）が設けられたＩＣチップ（ＬＳＩ）と、圧電基板の表面にＩＤＴ電極及び該ＩＤＴ電極に接続された外部接続端子（入出力電極）が形成されたＳＡＷ共振子（ＳＡＷチップ）とを有している。ＩＣチップは、パッケージベースの凹部の凹底部分に固定されている。ＳＡＷ共振子は、ＩＣチップ上に複数のバンプを介して接合され、ＳＡＷ共振子のＳＡＷが伝わる面とＩＣチップとの間に空間を形成するように保持されている。また、ＩＣチップの電極パッドと、ＳＡＷ共振子の外部接続端子とは、バンプによって電気的に接続されている。そして、ベースの上面の開口部に蓋体が接合されてパッケージが構成されることにより、ＩＣチップ及びＳＡＷ共振子がパッケージ内部に気密に封止されている。

特開平９−１６２６９１号公報

ところで、一般に、ＳＡＷ発振器を送信機に用いる場合、ＳＡＷ発振器の出力とアンテナとを接続する際に、インピーダンス整合回路を挿入して、高周波損失や不要な輻射を低減させるフィルタを構成する必要がある。また、ＳＡＷ発振器の周波数を可変させ周波数調整を実施したり、電圧制御型ＳＡＷ発振器における周波数変調を実現させるためには、発振回路に接続された負荷容量を変化させることで周波数の可変幅を確保することが可能であるが、可変幅を十分に確保するために、ＳＡＷ共振子と発振回路との間に伸張コイルなどのインダクティブ素子を挿入することが知られている。

これらの場合に用いられる容量素子や抵抗素子あるいはインダクティブ素子などの回路素子に求められる抵抗値や静電容量値あるいはインダクタンスなどの回路定数は、ＣＭＯＳプロセスによりＩＣチップに集積させて形成することが困難な大きさが必要とされる。このため、比較的大きいチップ部品タイプの抵抗素子や容量素子あるいはインダクティブ素子などを用いる必要があるため、実装スペースの増大を招き、圧電発振器またはこれを用いた送信機の小型化を阻害するという問題があった。
また、圧電発振器またはこれを用いた送信機の小型化を重視して整合回路を内蔵しない場合には、圧電発振器またはこれを用いた送信機が実装される相手側の実装基板に整合回路を設ける必要があり、通信機器全体としての小型化のメリットが半減するという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる圧電発振器は、半導体回路素子と圧電振動片とがパッケージ内に気密に収容された圧電発振器であって、前記圧電振動片は、圧電基板及び前記圧電基板の表面に形成された励振電極を有し、前記半導体回路素子は、前記圧電振動片を発振させる発振回路が形成され、主面に第１の絶縁膜が形成され、少なくとも、前記第１の絶縁膜上に形成され前記発振回路に接続される薄膜回路素子と、前記第１の絶縁膜上に形成され前記薄膜回路素子を覆う第２の絶縁膜と、から形成される突部を有し、前記突部の上面に前記圧電振動片が固定されていることを特徴とする。

この構成によれば、圧電発振器は、発振回路が形成された半導体回路素子の主面側の突部上に圧電振動片を固定することにより、平面視で半導体回路素子と圧電振動片とを重ねて配置できることから、パッケージ内のスペース効率が向上し、パッケージの小型化が可能となる。従って、圧電発振器は、小型化が可能となる。
また、圧電発振器は、半導体回路素子の主面側の突部上に圧電振動片を固定していることことから、半導体回路素子の主面と圧電振動片との間の間隔を、突部の厚み分空けることができる。これにより、圧電発振器は、例えば、落下衝撃時などに半導体回路素子と圧電振動片との衝突が発生しにくくなることから、耐衝撃性が向上する。
加えて、圧電発振器は、第１の絶縁膜上に発振回路に接続される薄膜回路素子が形成されていることから、例えば、半導体回路素子内に形成することが困難な大きい回路定数の回路素子を半導体回路素子上に形成できる。これにより、圧電発振器は、パッケージ内の別スペースに、外付けの回路素子を搭載する必要がないことから、パッケージの小型化が可能となる。従って、圧電発振器は、小型化が可能となる。

［適用例２］上記適用例にかかる圧電発振器において、平面視において前記圧電振動片が前記半導体回路素子の外形内に収まるように、前記圧電振動片が前記突部の前記上面に固定されていることが好ましい。

この構成によれば、圧電発振器は、平面視で、圧電振動片が半導体回路素子の外形内に収まることから、パッケージ内のスペース効率がより向上し、パッケージの更なる小型化が可能になる。従って、圧電発振器は、更なる小型化が可能となる。

［適用例３］上記適用例にかかる圧電発振器において、前記半導体回路素子の前記主面側と前記第１の絶縁膜との間に、スペーサ部材が介在していることが好ましい。

この構成によれば、半導体回路素子の主面側と第１の絶縁膜との間に、スペーサ部材が介在していることから、半導体回路素子の主面と圧電振動片との間の間隔を、スペーサ部材の厚み分、更に空けることができる。これにより、圧電発振器は、例えば、落下衝撃時などに半導体回路素子と圧電振動片との衝突が、より発生しにくくなることから、耐衝撃性が更に向上する。

［適用例４］上記適用例にかかる圧電発振器において、前記薄膜回路素子は、インダクティブ素子であることが好ましい。

この構成によれば、圧電発振器は、インダクティブ素子により、圧電振動片の入出力インピーダンスに含まれる寄生容量成分を打ち消す整合回路を形成することができるので、スプリアス（不要輻射）が抑制され優れた発振特性を得ることができる。

［適用例５］上記適用例にかかる圧電発振器において、前記インダクティブ素子が、前記第１の絶縁膜上に、金属膜をパターニングして形成された伸張コイルであることが好ましい。

この構成によれば、圧電発振器は、例えば、金属膜をフォトリソグラフィ技術により渦巻き状にパターニングして伸張コイルを形成することにより、線幅を精度よく制御してインダクタンスを精緻に調整することができる。また、これにより、圧電発振器は、チップ型のインダクティブ素子などに比して厚みの薄いインダクティブ素子を形成できるので、パッケージの薄型化を図ることができる。

［適用例６］上記適用例にかかる圧電発振器において、平面視において、前記突部の前記上面と、前記圧電振動片の前記励振電極とが重ならないように、前記圧電振動片が前記突部に接着剤を介して固定されていることが好ましい。

この構成によれば、圧電発振器は、圧電振動片が、平面視で突部の上面と励振電極とが重ならないように固定されていることから、励振電極近傍への接着剤の流出を回避できる。これにより、圧電発振器は、圧電振動片の振動を阻害する主な要因を排除できることから、優れた周波数特性を得ることができる。

［適用例７］上記適用例にかかる圧電発振器において、前記圧電振動片が、前記励振電極としてのＩＤＴ電極を有する弾性表面波素子片であることが好ましい。

この構成によれば、圧電発振器は、圧電振動片が、励振電極としてのＩＤＴ電極を有する弾性表面波素子片であることから、高周波帯域において優れた周波数特性を有する弾性表面波（ＳＡＷ）発振器を提供することができる。

［適用例８］上記適用例にかかる圧電発振器において、前記圧電振動片が、前記励振電極としてのＩＤＴ電極を有する弾性表面波素子片であり、前記薄膜回路素子が、前記第１の絶縁膜上に金属膜をパターニングして形成され、前記弾性表面波素子片と前記発振回路との間に接続される伸張コイルであることが好ましい。

この構成によれば、周波数可変幅を十分に確保した小型の電圧制御型ＳＡＷ発振器を実現することができる。

［適用例９］上記適用例にかかる圧電発振器において、前記第１の絶縁膜上に電極ランドが形成され、前記電極ランドは、前記第２の絶縁膜に形成された開口部から露出していることが好ましい。

この構成によれば、圧電発振器は、第１の絶縁膜上に電極ランドが形成され、電極ランドは、第２の絶縁膜に形成された開口部から露出している。このことから、圧電発振器は、例えば、発振回路などに接続される回路素子チップを電極ランドを介して半導体回路素子上に搭載することができる。これにより、圧電発振器は、パッケージ内のスペース効率がより向上し、パッケージの更なる小型化が可能になる。従って、圧電発振器は、更なる小型化が可能となる。

［適用例１０］上記適用例にかかる圧電発振器において、前記電極ランドに、少なくとも回路素子チップであるインダクティブ素子が接合されていることが好ましい。

この構成によれば、圧電発振器は、電極ランドに、インダクティブ素子が接合されていることから、インダクティブ素子により、圧電振動片の入出力インピーダンスに含まれる寄生容量成分を打ち消す整合回路を形成することができる。このことから、圧電発振器は、スプリアスが抑制され優れた発振特性を得ることができる。

［適用例１１］上記適用例にかかる圧電発振器において、前記半導体回路素子が、前記パッケージの内底部分にフェースダウン接合により接合されていることが好ましい。

この構成によれば、圧電発振器は、半導体回路素子が、パッケージの内底部分にフェースダウン接合により接合されていることから、半導体回路素子を、チップスケールにて薄型実装することができる。これにより、圧電発振器は、更なる小型化・薄型化を図ることができる。

［適用例１２］本適用例にかかる送信機は、送信信号を出力する発振器と、前記発振器からの前記送信信号を電波として放出するアンテナと、を少なくとも備える送信機であって、前記発振器が、上記適用例に記載の圧電発振器から構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、送信機は、上記適用例の圧電発振器を内蔵しているので、例えば、整合回路が内蔵されることにより、小型で優れた発振特性を有する送信機を提供することができる。

以下、圧電発振器としてのＳＡＷ発振器の一実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のＳＡＷ発振器に搭載される圧電振動片としてのＳＡＷ共振子を説明するものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。また、図２は、本実施形態のＳＡＷ発振器を説明するものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、（ａ）において、ＳＡＷ発振器の上部に配置される蓋体としての金属リッドは、ＳＡＷ発振器の内部の構成を説明する便宜上図示を省略している。また、図３は、本実施形態のＳＡＷ発振器の回路素子チップが搭載された部分を拡大して説明する図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。

〔ＳＡＷ共振子〕
まず、本実施形態のＳＡＷ発振器において、所定の基準周波数を生成するＳＡＷ共振子について説明する。
図１（ａ）に示すように、ＳＡＷ共振子１０は、水晶などの圧電材料からなる矩形状の圧電基板１１上に、励振電極としてのＩＤＴ電極１２と、反射器１３と、ＩＤＴ電極１２に接続された一対の外部接続端子１９ａ，１９ｂとが備えられている。

圧電基板１１は、表面としての主面１４，１５を有し、一方の主面１４の同一面上にＩＤＴ電極１２、反射器１３、外部接続端子１９ａ，１９ｂが形成されている。
ＩＤＴ電極１２は、二つの櫛型の交差指電極を有し、一方の交差指電極のバスバーに連結された複数の電極指１２ａと、他方の交差指電極のバスバーに連結された複数の電極指１２ｂとが、向かい合って互いに接触しないように配置されている。

ＩＤＴ電極１２は、アルミニウム（Ａｌ）で形成され、二つの交差指電極の電極指１２ａと電極指１２ｂのそれぞれに逆相の電圧が印加されることで弾性表面波を励振できるように構成されている。
外部接続端子１９ａは、電極間配線１８ａによりＩＤＴ電極１２の一方の電極指１２ａを連結するバスバーに接続され、外部接続端子１９ｂは、電極間配線１８ｂによりＩＤＴ電極１２の他方の電極指１２ｂを連結するバスバーに接続されている。

反射器１３は、ＩＤＴ電極１２を挟んだ両側に配置されて形成されている。そして、ＩＤＴ電極１２から伝搬された弾性表面波を反射器１３で反射させて、圧電基板１１の中央部にエネルギーを封じ込める役目を果たしている。なお、反射器１３もＩＤＴ電極１２と同様にアルミニウムで形成されている。

図１（ｂ）に示すように、ＩＤＴ電極１２における電極指１２ａと電極指１２ｂとの間の距離は、等間隔ピッチＰにて設定され、励振される弾性表面波の波長λはλ＝２Ｐの関係になる。また、ＩＤＴ電極１２は厚みＨにて形成されている。また、圧電基板１１の厚みｔは弾性表面波の４波長（４λ）以上の厚みに設定されている。

〔ＳＡＷ発振器〕
次に、本実施形態のＳＡＷ発振器について説明する。
図２に示すように、ＳＡＷ発振器１は、パッケージベース２０と、パッケージベース２０の凹部の凹底部分に固定された半導体回路素子としてのＩＣチップ４０と、ＩＣチップ４０の一方の主面４３側に形成された突部４６上に固定されたＳＡＷ共振子１０とを有している。
ＩＣチップ４０には、ＳＡＷ共振子１０を励振させる発振回路が形成されている。

突部４６は、ＩＣチップ４０の一方の主面４３の一部に略矩形に形成された第１の絶縁膜４２と、第１の絶縁膜４２上に形成され、上記発振回路に接続される薄膜回路素子であるインダクティブ素子としての伸張コイル６０と、第１の絶縁膜４２上に略矩形に形成され、伸張コイル６０を覆う第２の絶縁膜５０とを有して構成されている。
そして、突部４６は、上面４６ａが、略平坦に形成されているとともにＩＣチップ４０の主面４３と略平行になるように形成されている。
また突部４６には、第１の絶縁膜４２上に複数対の電極ランド７５ａ，７５ａ'，７５ｂ，７５ｂ'が、第２の絶縁膜５０に形成された開口部５０ａから露出するように形成されている。
これらの電極ランド７５ａ，７５ａ'，７５ｂ，７５ｂ'には、チップ抵抗素子やチップコンデンサ素子などの複数の回路素子チップ７０ａ，７０ｂが接合されている。

そして、ＳＡＷ発振器１は、パッケージベース２０上に蓋体としての金属リッド３０が接合されてパッケージ２９が構成されることにより、ＩＣチップ４０及びＳＡＷ共振子１０がパッケージ２９内に気密に封止されている。

パッケージベース２０は、セラミックス絶縁材料などからなる略矩形の平板状の第１層基板２１、略矩形フレーム状の第２層基板２２と第３層基板２３、及びシールリング２４が、この順に積層されて形成されている。
また、パッケージベース２０の外底部分となる第１層基板２１の底面には、一対の実装端子２８ａ，２８ｂが設けられ、パッケージベース２０の凹部の凹底部分となる第１層基板２１上の略中央部分にはダイパッド２６が設けられている。

また、パッケージベース２０の第２層基板２２上には、複数の接続端子２５が設けられている。各接続端子２５は、第２層基板２２及び第１層基板２１に形成された図示しない配線パターンまたはスルーホールなどの層内配線により、対応する実装端子２８ａ，２８ｂにそれぞれ接続されている。
これらの接続端子２５、実装端子２８ａ，２８ｂ、及びそれらを接続する配線パターンは、一般に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属配線材料をセラミックス絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより形成される。

ダイパッド２６上には、シリコンからなる半導体基板４１に上述の発振回路などを含む集積回路が形成され、表面に複数の電極パッド４５が設けられたＩＣチップ４０が、他方の主面４４を下にして熱硬化性の接着剤などにより固定されている。

突部４６の第１の絶縁膜４２上には、一端部に接続電極６５ａが設けられ、この接続電極６５ａを起点にして渦巻き状に形成されるとともに、終点の他端部に接続電極６５ｂが設けられた伸張コイル６０が形成されている。
伸張コイル６０は、第１の絶縁膜４２上にスパッタ法などにより金属膜を積層させた後、フォトリソグラフィ技術によりパターニングすることにより形成することができる。
このようにして形成された伸張コイル６０は、線幅や形状を比較的容易に精度よく制御して形成することができるので、低コストにて精緻なインダクタンスに調整されたインダクタとして形成することができる。加えて、伸張コイル６０は、チップ型のインダクティブ素子などよりも薄く形成することができる。
また、伸張コイル６０は、ＩＣチップ４０内に形成することが困難な大きい回路定数のものが形成できる。

なお、ＳＡＷ発振器１が外部から入力される制御電圧に応じて発振周波数が変化する電圧制御型ＳＡＷ発振器である場合、電圧制御型ＳＡＷ発振器の周波数の可変幅を十分に確保するために、ＳＡＷ共振子１０とＩＣチップ４０内に形成された発振回路との間に、伸張コイル６０を挿入することが好ましい。

なお、第１の絶縁膜４２には、ポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂などの絶縁性を有する材料が好ましく、ポリイミド樹脂を用いることがより好ましい。これによれば、ポリイミド樹脂の熱伝導率がＩＣチップ４０より低いことから、ＩＣチップ４０の熱が突部４６に固定されるＳＡＷ共振子１０に伝わりにくい。
また、伸張コイル６０には、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）などの金属配線材料を用いることが好ましく、エネルギー損失の抑制のため、これらの中で抵抗値のより低い金属配線材料を用いることがより好ましい。

第１の絶縁膜４２上には、第１の絶縁膜４２と同様の材料が用いられた第２の絶縁膜５０が伸張コイル６０を覆うように形成されている。

図３に示すように、第１の絶縁膜４２上の伸張コイル６０（図２参照）と平面視で重ならない位置には、例えばスパッタなどにより金属材料を積層させてからフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることによって回路配線が形成されている。
本実施形態の回路配線には、複数対の電極ランド７５ａ，７５ａ'、電極ランド７５ｂ，７５ｂ'、接続電極７７が含まれている。また、本実施形態では、一部の電極ランド７５ａ'，７５ｂが端子間配線７６により接続され、この他の一部の電極ランド７５ｂ'が、端子間配線７６により接続電極７７と接続されている。
このような回路配線上には、上述した第２の絶縁膜５０が、電極ランド７５ａ，７５ａ'，７５ｂ，７５ｂ'、接続電極７７を露出させる開口部５０ａを有して形成されている。

対をなす電極ランド７５ａ，７５ａ'及び電極ランド７５ｂ，７５ｂ'には、チップ抵抗あるいはチップコンデンサなどの回路素子チップ７０ａ，７０ｂが半田９５によりそれぞれ接合されている。なお、回路素子チップ７０ａ，７０ｂを接合する接合部材は半田９５に限らず、例えば、導電性接着剤などを用いてもよい。
なお、回路構成によっては、伸張コイル６０以外の回路配線は、形成されなくてもよく、回路素子チップ７０ａ，７０ｂは実装されなくてもよい。

図２に戻り、突部４６の上面４６ａ（第２の絶縁膜５０の上面）には、ＳＡＷ共振子１０の、外部接続端子１９ａ，１９ｂが形成された一端側が絶縁性の接着剤９７により固定されている。
このとき、ＳＡＷ共振子１０は、平面視で、ＩＤＴ電極１２と突部４６の上面４６ａとが重ならないようにして、ＩＣチップ４０の一方の主面４３と略平行になるように片持ち支持状態で固定されている。これにより、ＳＡＷ共振子１０は、ＩＣチップ４０の一方の主面４３との間に、突部４６の厚み分に加えて接着剤９７の厚み分の間隔を有している。 また、ＳＡＷ共振子１０は、平面視で、ＩＣチップ４０の外形内に収まるように、突部４６に固定されている。

ＳＡＷ共振子１０の外部接続端子１９ａは、ＩＣチップ４０の対応する電極パッド４５とボンディングワイヤ９９により接続されている。また、外部接続端子１９ｂは、伸張コイル６０の接続電極６５ａとボンディングワイヤ９９により接続され、伸張コイル６０の接続電極６５ｂとＩＣチップ４０の対応する電極パッド４５とがボンディングワイヤ９９により接続されていることにより、外部接続端子１９ｂが伸張コイル６０を介して電極パッド４５と接続されている。
また、接続電極７７及びＩＣチップ４０の複数の電極パッド４５の一部は、パッケージベース２０の対応する接続端子２５とボンディングワイヤ９９によりそれぞれ接続されている。

このようなボンディングワイヤ９９の接続により、ＩＣチップ４０の集積回路、ＳＡＷ共振子１０及びＩＣチップ４０上に形成された伸張コイル６０を含む回路配線が接続されて、パッケージベース２０上に、ＳＡＷ発振器１の発振回路を含む一つの回路が形成される。このうち、ＩＣチップ４０上の回路配線には、伸張コイル６０及び回路素子チップ７０ａ，７０ｂにより、ＳＡＷ共振子１０の入出力インピーダンスに含まれる寄生容量成分を打ち消す整合回路が形成される。

パッケージベース２０の上側には、金属リッド３０が、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などをフレーム状に型抜きして形成されたシールリング２４を介してシーム溶接されてパッケージ２９が構成されることにより、パッケージ２９内部に接合されたＩＣチップ４０及びＳＡＷ共振子１０が気密に封止されている。
ＳＡＷ発振器１は、圧電振動片として原理的に高周波を発生させやすいＳＡＷ共振子１０を用いた上記のような構成とすることで、高周波帯域において優れた周波数特性を有する。

上述したように、第１の実施形態のＳＡＷ発振器１は、ＩＣチップ４０の一方の主面４３側の突部４６上にＳＡＷ共振子１０を固定することにより、平面視でＩＣチップ４０とＳＡＷ発振器１とを重ねて配置できることから、パッケージベース２０内のスペース効率が向上し、パッケージ２９の小型化が可能となる。従って、ＳＡＷ発振器１は、小型化が可能となる。

加えて、ＳＡＷ発振器１は、平面視で、ＳＡＷ共振子１０がＩＣチップ４０の外形内に収まることから、ＳＡＷ共振子１０がＩＣチップ４０の外形内に収まらない場合に比して、パッケージベース２０内のスペース効率がより向上し、パッケージ２９の更なる小型化が可能になる。従って、ＳＡＷ発振器１は、更なる小型化が可能となる。

また、ＳＡＷ発振器１は、ＳＡＷ共振子１０が、平面視で、突部４６の上面４６ａとＩＤＴ電極１２とが重ならないように固定されていることから、ＩＤＴ電極１２直下への接着剤９７の流出を回避できる。これにより、ＳＡＷ発振器１は、ＳＡＷ共振子１０の振動を阻害する接着剤９７の熱収縮などによる応力の影響を抑制できることから、優れた周波数特性を得ることができる。

また、ＳＡＷ発振器１は、ＩＣチップ４０の一方の主面４３側の突部４６上にＳＡＷ共振子１０を固定していることから、ＩＣチップ４０の一方の主面４３とＳＡＷ共振子１０との間の間隔を、接着剤９７の厚み分に加えて突部４６の厚み分空けることができる。
これにより、ＳＡＷ発振器１は、例えば、落下衝撃時などにＩＣチップ４０とＳＡＷ共振子１０との衝突が発生しにくくなることから、耐衝撃性が向上する。

また、ＳＡＷ発振器１は、第１の絶縁膜４２上にＩＣチップ４０内に形成することが困難な大きい回路定数の伸張コイル６０が形成され、ＩＣチップ４０上に回路素子チップ７０ａ，７０ｂが搭載されていることから、パッケージベース２０内の別スペースに、外付けの回路素子を搭載する必要がない。これにより、ＳＡＷ発振器１は、パッケージ２９の更なる小型化が可能となる。

また、ＳＡＷ発振器１は、インダクティブ素子である伸張コイル６０により、ＳＡＷ発振器１の出力に含まれるスプリアスを低減させるためのフィルタ回路を増設して内蔵させることができる。これにより、ＳＡＷ発振器１は、ＳＡＷ共振子１０の入出力インピーダンスに含まれる寄生容量成分を打ち消す整合回路を形成することができるので、スプリアスが抑制され優れた発振特性を得ることができる。

また、ＳＡＷ発振器１は、金属膜をフォトリソグラフィ技術により渦巻き状にパターニングして伸張コイル６０を形成することにより、パターンの線幅を精度よく制御してインダクタンスを精緻に調整することができる。また、これにより、ＳＡＷ発振器１は、チップ型のインダクティブ素子などに比して、厚みの薄いインダクティブ素子を形成できるので、パッケージ２９の薄型化を図ることができる。

なお、第１の実施形態では、回路素子チップ７０ａ，７０ｂをチップ抵抗あるいはチップコンデンサなどとしたが、回路素子チップ７０ａ，７０ｂをインダクティブ素子としてもよい。
これによれば、ＳＡＷ発振器１は、伸張コイル６０に代えて、回路素子チップ７０ａ，７０ｂにより、ＳＡＷ共振子１０の入出力インピーダンスに含まれる寄生容量成分を打ち消す整合回路を、容易に形成することができる。

（第１の変形例）
ここで、第１の実施形態の第１の変形例について図面を参照して説明する。
図４は、第１の実施形態の第１の変形例のＳＡＷ発振器の断面図である。なお、第１の実施形態との共通部分には同一の符号を付して、その説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図４に示すように、第１の実施形態の第１の変形例のＳＡＷ発振器１０１は、ＩＣチップ４０の一方の主面４３と第１の絶縁膜４２との間にスペーサ部材８０が介在している。
スペーサ部材８０には、シリコン基板などが用いられている。スペーサ部材８０は、図示しない接着剤によってＩＣチップ４０の一方の主面４３に固定されている。
なお、第１の絶縁膜４２、伸張コイル６０、第２の絶縁膜５０などをスペーサ部材８０上に形成した後、スペーサ部材８０をＩＣチップ４０に固定するのが好ましい。

これによれば、ＳＡＷ発振器１０１は、ＩＣチップ４０の一方の主面４３とＳＡＷ共振子１０との間の間隔を、第１の実施形態に比して、スペーサ部材８０の厚み分更に空けることができる。これにより、ＳＡＷ発振器１０１は、例えば、落下衝撃時などにＩＣチップ４０とＳＡＷ共振子１０との衝突が、より発生しにくくなることから、耐衝撃性が更に向上する。

（第２の変形例）
次に、第１の実施形態の第２の変形例について図面を参照して説明する。
図５は、第１の実施形態の第２の変形例のＳＡＷ発振器の断面図である。なお、第１の実施形態との共通部分には同一の符号を付して、その説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図５に示すように、第１の実施形態の変形例のＳＡＷ発振器１０２は、ＩＣチップ４０２の一方の主面４３全体に第１の絶縁膜４２２が形成されている。
このような場合、第１の絶縁膜４２２上に、上記発振回路に接続される薄膜回路素子であるインダクティブ素子としての伸張コイル６０２が形成される。そして、突部４６２は、伸張コイル６０２と、第１の絶縁膜４２２上に略矩形に形成され、伸張コイル６０２を覆う第２の絶縁膜５０とを有して構成されている。
そして、突部４６２は、上面４６２ａが、略平坦に形成されているとともにＩＣチップ４０２の主面４３と略平行になるように形成されている。
なお、伸張コイル６０２の端部である接続電極６５２ｂと、発振回路の電極パッド４５２とは、接続電極パターン９９２により電気的に接続されている。

このような構成のＳＡＷ発振器１０２は、一般的なＩＣチップに備わっている絶縁膜である第１の絶縁膜４２２上に伸張コイル６０２を形成しているので、突部４６２を形成するための絶縁膜の層数を少なくすることができる。よって、製造工程を簡略化できる。
また、接続電極６５２ｂと、発振回路の電極パッド４５２とは、接続電極パターン９９２により電気的に接続されている。これら接続電極６５２ｂ、接続電極パターン９９２、及び発振回路の電極パッド４５２は、フォトリソグラフィ等により１つの金属パターンとして形成されるため、ボンディングワイヤで接続電極と電極パッドとの間を接続する場合に比して、電気的接続の信頼性が向上する。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態のＳＡＷ発振器１では、ＩＣチップ４０の集積回路及び複数の電極パッド４５が形成された側の面（能動面）である一方の主面４３を、金属リッド３０側に向けた状態で、ＩＣチップ４０をパッケージベース２０に接合し、一方の主面４３側に突部４６などを形成した。
第１の実施形態以外に、ＳＡＷ発振器は、ＩＣチップをパッケージベースにフェースダウン接合により接合し、ＩＣチップの能動面側と異なる面側に突部などを設ける構成としてもよい。

図６は、このような構成の第２の実施形態のＳＡＷ発振器を説明するものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、本実施形態のＳＡＷ発振器では、パッケージベースへのＩＣチップの接合面及び突部などを設けるＩＣチップの面が異なること以外は、第１の実施形態と共通であるため、第１の実施形態との共通部分には同一の符号を付して、その説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図６に示すように、第２の実施形態のＳＡＷ発振器２０１は、パッケージベース１２０と、該パッケージベース１２０の凹部の凹底部分に接合部材１９５を介してフェースダウン接合されたＩＣチップ１４０と、該ＩＣチップ１４０の突部４６上に片持ち支持される状態で固定されたＳＡＷ共振子１０とを有している。
また、フェースダウン接合されたＩＣチップ１４０の裏面である他方の主面１４４側には、第１の絶縁膜４２上に形成された伸張コイル６０と、第１の絶縁膜４２上に形成され第２の絶縁膜５０の開口部５０ａから露出された複数対の電極ランド７５ａ，７５ａ'，７５ｂ，７５ｂ'とを含む回路配線及びそれぞれ接合された複数の回路素子チップ７０ａ，７０ｂとが設けられている。
そして、パッケージベース１２０上に金属リッド１３０が接合されてパッケージ１０９が構成されることにより、ＩＣチップ１４０及びＳＡＷ共振子１０がパッケージ１０９内に気密に封止されている。

図６（ｂ）において、パッケージベース１２０は、セラミックス絶縁材料などからなる略矩形の平板状の第１層基板１２１、略矩形フレーム状の第２層基板１２２と第３層基板１２３、及びシールリング１２４が、この順に積層されて形成されている。また、パッケージベース１２０の外底部分となる第１層基板１２１の底面には、一対の実装端子１２８ａ，１２８ｂが設けられ、パッケージベース１２０の凹部の凹底部分となる第１層基板１２１上には、ＩＣチップ１４０が接合される複数の接続端子１１５ａ，１１５ｂが設けられている。

また、パッケージベース１２０内の第２層基板１２２上には複数の接続端子１２５が設けられている。第２層基板１２２の各接続端子１２５と第１層基板１２１の対応する接続端子１１５ａ，１１５ｂとは、第２層基板１２２を貫通させて形成されたスルーホールなどの層内配線１２９によりそれぞれ接続されている。
また、第２層基板１２２の複数の接続端子１２５及び第１層基板１２１の複数の接続端子１１５ａ，１１５ｂのうちの一部は、第２層基板１２２及び第１層基板１２１に形成された図示しない配線パターンまたはスルーホールなどの層内配線パターンにより、対応する実装端子１２８ａ，１２８ｂにそれぞれ接続されている。

ＩＣチップ１４０の発振回路などの集積回路が形成された能動面である一方の主面１４３には、複数の電極パッド１４５が設けられ、この一方の主面１４３の略全面には、酸化シリコンや窒化シリコンなどからなる絶縁膜１４２が電極パッド１４５を露出させる開口部を有して形成されている。また、各電極パッド１４５上には、金（Ａｕ）バンプなどの接合部材１９５が高さを揃えて形成されている。

ＩＣチップ１４０は、各接合部材１９５をパッケージベース１２０の対応する接続端子１１５ａ，１１５ｂにそれぞれ位置合わせした後、加熱及び加圧することによりフェースダウン接合されている。
なお、接合部材１９５は金バンプに限らず、他の金属からなるバンプや、樹脂コアの表面に導電膜が形成された樹脂コアバンプなどであってもよく、また、導電性接着剤などを接合部材として接合する構成としてもよい。
更に、フェースダウン接合されたＩＣチップ１４０とパッケージベース１２０との隙間にアンダーフィル材を充填して固化させることにより、ＩＣチップ１４０の接合強度を補強することもできる。

フェースダウン接合されたＩＣチップ１４０の他方の主面１４４の一部には、第１の実施形態と同様に突部４６が形成され、突部４６の上面にＳＡＷ共振子１０が接着剤９７を介して固定されている。これらの構成の詳細は、第１の実施形態と共通なので説明を省略する。

ＳＡＷ共振子１０の外部接続端子１９ａは、ＩＣチップ１４０の対応する電極パッド１４５から層内配線１２９により引き出されて形成されたパッケージベース１２０の接続端子１２５とボンディングワイヤ９９により接続されている。
また、外部接続端子１９ｂは、伸張コイル６０の接続電極６５ａとボンディングワイヤ９９により接続され、伸張コイル６０の接続電極６５ｂとＩＣチップ１４０の対応する電極パッド１４５から層内配線１２９を介して引き出されて形成された接続端子１２５とがボンディングワイヤ９９により接続されていることにより、外部接続端子１９ｂが伸張コイル６０を介して電極パッド１４５と接続されている。

また、電極ランド７５ｂ'と接続された接続電極７７と、ＩＣチップ１４０の複数の電極パッド１４５の一部から層内配線１２９により引き出されたパッケージベース１２０の接続端子１２５とが、ボンディングワイヤ９９により接続されている。
そして、パッケージベース１２０の上側には、金属リッド１３０がシールリング１２４を介して接合されてパッケージ１０９が構成されることにより、パッケージベース１２０内部に接合されたＩＣチップ１４０及びＳＡＷ共振子１０が気密に封止されている。

上述したように、第２の実施形態のＳＡＷ発振器２０１は、ＩＣチップ１４０が、パッケージベース１２０の内底部分にフェースダウン接合により接合されていることから、ＩＣチップ１４０を、チップスケールにて薄型実装することができる。
これにより、ＳＡＷ発振器２０１は、第１の実施形態と同様の効果に加えて、更なる薄型化を図ることができる。

（第３の実施形態）
次に、上記第１及び第２の実施形態（第１の実施形態には、上述の各変形例を含む。以下同様）で説明したＳＡＷ発振器１，１０１，１０２，２０１のいずれかを備えた送信機の一実施形態について説明する。
送信機は、データ信号を送受信する通信機器において、発振器（ＳＡＷ発振器１（１０１，１０２，２０１）（以下、１０１，１０２，２０１の記載は、煩雑さを避けるために省略する）により生成された送信するためのデータ信号を重畳させた信号（電波）を送信するための機器である。

送信機は、送信信号を出力するためのＳＡＷ発振器１と、ＳＡＷ発振器１から出力される送信信号を電波として放出するアンテナとを少なくとも備えている。更に詳細には、ＳＡＷ発振器１により生成される所定の基準周波数を安定化させる発振回路と、この安定化された基準周波数を、送信する内容を反映した信号に変調する変調器と、送信内容を反映して変調された信号を、所定の強度の送信信号に増幅する増幅器と、を有し、この増幅された送信信号を、アンテナから電波として空中に送出するように構成されている。

これらの発振回路、変調器、増幅器は、上記第１または第２の実施形態のＩＣチップ４０または１４０の単一チップ上に、ＭＯＳプロセスを用いて集積回路化されて形成されている。そして、上記第１または第２の実施形態で説明したように、パッケージベース２０または１２０の内部に接合されたＩＣチップ４０または１４０上には、該ＩＣチップ４０または１４０の集積回路と接続されて電気回路を形成するする回路配線が設けられ、更にその上にＳＡＷ共振子１０が片持ち支持された状態で固定されている。また、回路配線の一部には伸張コイル６０及び複数対の電極ランド７５ａ，７５ａ’，７５ｂ，７５ｂ’が形成され、複数対の電極ランド７５ａ，７５ａ’，７５ｂ，７５ｂ’に対応させて回路素子チップ７０ａ，７０ｂが接合されることにより、整合回路が形成されている。
そして、パッケージベース２０または１２０上に金属リッド３０または１３０が接合されて、パッケージベース２０または１２０の内部が気密に封止されている（図２〜図６を参照）。

上記第３の実施形態の送信機によれば、整合回路が内蔵されることにより、小型で、優れた送信特性を有し、従来のように、送信機が実装される相手側実装基板側に整合回路を設ける必要がなくなる。

以上、発明者によってなされた本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上記した各実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態で説明したＳＡＷ発振器１，１０１，１０２，２０１及び送信機では、ＩＣチップ４０，１４０上に配線材料を渦巻き状にパターニングすることにより伸張コイル６０を形成して、発振回路を含む電気回路においてインダクタンスを構成した。これに限らず、配線材料をいわゆるメアンダ線路状にパターニングするなど、他の形状のコイル（インダクティブ素子）として形成することもできる。また、インダクティブ素子用の電極ランドを形成して、チップ型のインダクティブ素子を実装する構成としてもよい。

また、上記第１及び第２の実施形態で説明したＳＡＷ共振子１０の圧電基板１１には水晶を用いたが、これに限定されない。水晶以外に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電基板を用いることもできる。

また、上記第１及び第２の実施形態では、ＩＤＴ電極１２及び反射器１３の形成用金属材料としてアルミニウムを用いたが、これに限定されない。例えば、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などの金属材料を用いることもできる。また、金（Ａｕ）とクロム（Ｃｒ）の多層膜、あるいはマグネシウム（Ｍｇ）などを用いることも可能である。

また、上記第１及び第２の実施形態では、ＳＡＷ発振器１，１０１，１０２，２０１の源振となる圧電振動片として、１ポート型のＳＡＷ共振子１０を用いた例を説明した。これに限定されず、より高い周波数帯に利用可能な２ポート型のＳＡＷ共振子であってもよく、この他、ＳＡＷフィルタ、あるいはセンサやコンボルバなどのＳＡＷ遅延素子などの他のＳＡＷ素子片であってもよい。
また、上記ＳＡＷ共振子１０において、反射器１３のない構成としてもよい。
更に、圧電振動片には、ＳＡＷ共振子などのＳＡＷ素子片に限らず、ＡＴカット水晶板の両主面に励振電極を形成した構成の水晶振動片あるいは音叉型の水晶振動片など、他の圧電振動片を用いる構成としてもよい。

（ａ）は、第１の実施形態の圧電振動片としてのＳＡＷ共振子を説明する斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。 （ａ）は、第１の実施形態のＳＡＷ発振器を説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 第１の実施形態のＳＡＷ発振器において回路素子チップが搭載された部分を拡大して説明する図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図。 第１の実施形態の第１の変形例のＳＡＷ発振器の断面図。 第１の実施形態の第２の変形例のＳＡＷ発振器の断面図。 （ａ）は、第２の実施形態のＳＡＷ発振器を説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。

符号の説明

１，１０１，１０２，２０１…圧電発振器としてのＳＡＷ発振器、１０…圧電振動片としてのＳＡＷ共振子、１１…圧電基板、１２…ＩＤＴ電極、１３…反射器、１９ａ，１９ｂ…外部接続端子、２０，１２０…パッケージベース、２１，１２１…第１層基板、２２，１２２…第２層基板、２３，１２３…第３層基板、２５，１２５，１１５ａ，１１５ｂ…接続端子、２６…ダイパッド、２８ａ，２８ｂ，１２８ａ，１２８ｂ…実装端子、２９，１０９…パッケージ、３０，１３０…蓋体としての金属リッド、４０，１４０…半導体回路素子としてのＩＣチップ、４１…半導体基板、４２…第１の絶縁膜、４３，１４３…一方の主面、４４，１４４…他方の主面、４５…電極パッド、４６…突部、４６ａ…突部の上面、５０…第２の絶縁膜、６０…インダクティブ素子としての伸張コイル、６５ａ，６５ｂ…接続電極、７０ａ，７０ｂ…回路素子チップ、７５ａ，７５ａ'，７５ｂ，７５ｂ'…電極ランド、７６…端子間配線、７７…接続電極、９５…半田、９７…接着剤、９９…ボンディングワイヤ、１２９…層内配線、１４２…絶縁膜。

Claims (12)

1. 半導体回路素子と圧電振動片とがパッケージ内に気密に収容された圧電発振器であって、
   前記圧電振動片は、圧電基板及び前記圧電基板の表面に形成された励振電極を有し、
   前記半導体回路素子は、前記圧電振動片を発振させる発振回路が形成され、主面に第１の絶縁膜が形成され、
   少なくとも、前記第１の絶縁膜上に形成され前記発振回路に接続される薄膜回路素子と、前記第１の絶縁膜上に形成され前記薄膜回路素子を覆う第２の絶縁膜と、から形成される突部を有し、
   前記突部の上面に前記圧電振動片が固定されていることを特徴とする圧電発振器。
2. 請求項１に記載の圧電発振器において、
   平面視において前記圧電振動片が前記半導体回路素子の外形内に収まるように、前記圧電振動片が前記突部の前記上面に固定されていることを特徴とする圧電発振器。
3. 請求項１または２に記載の圧電発振器において、
   前記半導体回路素子の前記主面と前記第１の絶縁膜との間に、スペーサ部材が介在していることを特徴とする圧電発振器。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電発振器において、
   前記薄膜回路素子は、インダクティブ素子であることを特徴とする圧電発振器。
5. 請求項４に記載の圧電発振器において、
   前記インダクティブ素子が、前記第１の絶縁膜上に、金属膜をパターニングして形成された伸張コイルであることを特徴とする圧電発振器。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電発振器において、
   平面視において、前記突部の前記上面と、前記圧電振動片の前記励振電極とが重ならないように、前記圧電振動片が前記突部に接着剤を介して固定されていることを特徴とする圧電発振器。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電発振器において、
   前記圧電振動片が、前記励振電極としてのＩＤＴ電極を有する弾性表面波素子片であることを特徴とする圧電発振器。
8. 請求項１に記載の圧電発振器において、
   前記圧電振動片が、前記励振電極としてのＩＤＴ電極を有する弾性表面波素子片であり、
   前記薄膜回路素子が、前記第１の絶縁膜上に金属膜をパターニングして形成され、前記弾性表面波素子片と前記発振回路との間に接続される伸張コイルであることを特徴とする圧電発振器。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧電発振器において、
   前記第１の絶縁膜上に電極ランドが形成され、
   前記電極ランドは、前記第２の絶縁膜に形成された開口部から露出していることを特徴とする圧電発振器。
10. 請求項９に記載の圧電発振器において、
    前記電極ランドに、少なくとも回路素子チップであるインダクティブ素子が接合されていることを特徴とする圧電発振器。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の圧電発振器において、
    前記半導体回路素子が、前記パッケージの内底部分にフェースダウン接合により接合されていることを特徴とする圧電発振器。
12. 送信信号を出力する発振器と、前記発振器からの前記送信信号を電波として放出するアンテナと、を少なくとも備える送信機であって、
    前記発振器が、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の圧電発振器から構成されていることを特徴とする送信機。

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