JP2008211428A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動子と集積回路チップを重ねて形成することができ、小型化を図ることができるとともに、検査端子を外部に露出して設け、コンタクトピンによる作業がしやすいようにした圧電発振器を提供すること。
【解決手段】絶縁性のパッケージ１１に圧電振動片１３を収容した圧電振動子１０の下側に、集積回路チップ４０を配置して、前記圧電振動片と前記集積回路チップを接続した圧電発振器３０であって、前記集積回路チップの非能動面４１を外に向け、該集積回路チップの能動面４１側と前記非能動面４２側とをスルーホール４７で電気的に接続し、少なくとも検査端子４５を前記非能動面側に形成した圧電発振器。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動子を利用して形成した圧電発振器の改良に関する。

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、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電発振器が広く使用されている。
例えば、圧電発振器では、圧電振動子と、その温度補償などを行う集積回路チップを必要とする。

例えば、所定の基板の表面側に圧電振動片を実装し、キャップにより封止して圧電振動子を形成し、この圧電振動子の前記基板の裏面において、その周縁を囲んで内側に収容空間を形成し、該空間内に集積回路チップを収容した構成が知られている（特許文献１、図１参照）。
このような構成では、圧電振動子と集積回路チップを縦方向に重ねてパッケージ化することにより、実装スペースを小さくした小型の圧電発振器を得ることができる利点がある。

このような圧電発振器では、圧電振動子が所定の温度−周波数特性を有している。すなわち、周囲の環境温度により周波数が変化するが、この温度−周波数特性を想定される使用環境で、常温を含む比較的広い使用環境温度の範囲において、フラットな特性となるようにするために、集積回路チップに補正のためのデータ等を入力するための制御端子である検査端子を必要とする。

特許文献１の圧電発振器では、集積回路チップの検査端子が形成された能動面の電極パッドからパターンをパッケージ内部へ引き回して、側面部に延長し、パッケージの側面部に露出させることにより、外部からコンタクトピンを当てて、検査、およびデータ書き込みなどができるようにしている。

特開２０００−７７９４３号公報

しかしながら、近年、パッケージが非常に小型化されており、全体の厚みも小さくなることから、パッケージ側面に検査端子を形成することが難しくなっている。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、圧電振動子と集積回路チップを重ねて形成することができ、小型化を図ることができるとともに、検査端子を外部に露出して設け、コンタクピンによる作業がしやすいようにした圧電発振器を提供することを目的とする。

上述の目的は、第１の発明にあっては、絶縁性のパッケージに圧電振動片を収容した圧電振動子の下側に、集積回路チップを配置して、前記圧電振動片と前記集積回路チップを接続した圧電発振器であって、前記集積回路チップの非能動面を外に向け、該集積回路チップの能動面側と前記非能動面側とをスルーホールで電気的に接続し、少なくとも検査端子を前記非能動面側に形成した圧電発振器により、達成される。

第１の発明の構成によれば、パッケージを備える圧電振動子の下側に集積回路チップを固定するようにしたので、水平方向のサイズを小さくすることができ、実装面積を小さくでき、小型化をはかることができる。
しかも、集積回路チップは、能動面に露出している電極パッドを利用して圧電振動子側に実装する一方、該能動面にある検査端子用の電極パッドを、この集積回路チップにスルーホールを形成し、非能動面側へ連絡させ、外に向けた非能動面に検査端子を形成したので、外部からコンタクトピンを当て易く、取り扱いが容易となる。
また、外部には集積回路チップの非能動面を向けるようにしたので、デリケートな能動面を損傷することが防止される。
かくして、圧電振動子と集積回路チップを重ねて形成することができ、小型化を図ることができるとともに、検査端子を外部に露出して設け、コンタクトピンによる作業がしやすいようにした圧電発振器を提供することができる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記能動面側と電気的に接続された再配置配線層を前記非能動面に形成するとともに、該再配置配線層を利用して検査端子を形成したことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、前記非能動面に再配置配線層を設けることで、検査用端子の形成を可能とするだけでなく、非能動面の所定位置まで該再配置配線層を自在に引き回すことができるので、特に、コンタクトピンを当て易く、あるいは圧電発振器の実装端子などと近接して、電気的短絡を生じ易い箇所を避けるなど、所望の箇所等を選んで検査端子を形成することが可能となる。

第３の発明は、第１または２のいずれかの発明の構成において、前記圧電振動子の下面に金属ボールを配置して空間を形成し、該空間内に前記集積回路チップを収容する構成としたことを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、圧電振動子の下面に金属ボールを用いることにより、集積回路チップの収容空間を得ることができるだけでなく、該金属ボールを介して、実装基板側から電気的な接続をとることができる。このため、圧電振動子の下側に、集積回路チップの実装もしくはその収容空間を得るために基板を配置する場合などと比べると、製造コストも安く、構成も簡単となる利点がある。

第４の発明は、第１の発明の構成において、前記圧電振動子の下側に基板を配置して、該圧電振動子と前記基板の間に空間を形成し、前記基板に前記集積回路チップを固定して該集積回路チップを前記空間内に収容し、前記基板に貫通孔を形成して前記集積回路チップに形成した前記検査端子を露出させたことを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、圧電振動子の下側に基板を配置したので、その分強い構造とすることができる。また、この基板に貫通孔を形成することで、検査端子を外部に向かって露出させることができるので、コンタクトピンによる操作が可能となる、

第５の発明は、第４の発明の構成において、前記圧電振動子と前記基板とをフリップチップ接続したことを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、フリップチップ接続するようにして、金属ボールを用いることにより、集積回路チップの収容空間を得ることができるだけでなく、該金属ボールを介して、実装基板側から電気的な接続をとることができるので、圧電振動子の下側のキャビティを得る上でパッケージを形成するよりも容易である。

第６の発明は、第４または５のいずれかの発明の構成において、前記集積回路チップの能動面を外に向けて、該能動面を前記基板に実装することにより前記集積回路チップを前記基板に対して固定し、かつ前記能動面に再配置配線層を形成して、該再配置配線層で形成した検査端子が前記基板に形成した貫通孔から露出する構成としたことを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、集積回路チップの能動面を外に向けていても、前記基板に覆われるから、保護することができ、前記能動面に再配置配線層を形成したので、能動面の任意の箇所に検査端子を形成することができる。

図１および図２は、本発明の圧電発振器の第１の実施の形態を示しており、図１はその概略断面図、図２はその概略底面図である。
図１に示すように、圧電発振器３０は、圧電振動子１０の下側に集積回路チップ４０を配置したものである。
まず、圧電振動子１０について説明する。
圧電振動子１０は、絶縁性のパッケージ１１内に圧電振動片１３を収容し、蓋体１２により封止して形成されている。パッケージ１１は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを用いて、内部に収容空間Ｓ１を設けるようにしたものである。
すなわち、パッケージ１１は、第１の基板１４と第２の基板１５とを重ねシームリング１６で、蓋体１２と接合したものである。この場合、第２の基板１５は焼結前に内側の材料を除去するように成形されることで、収容空間Ｓ１が形成されている。すなわち、パッケージ１１は、グリーンシートによる複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。

すなわち、この実施形態では、パッケージ１１は、例えば、矩形状の箱体となるように形成されており、上記内部空間Ｓ１が圧電振動片１３を収容するための収容空間とされている。このパッケージ１１の底部を構成するセラミック基板上に電極部２３を形成して、例えば、導電性接着剤２８を塗布し、その上に圧電振動片１３の基端付近を載置して、加熱することにより該導電性接着剤２８を硬化させて接合している。
ここで、本実施形態では、箱状のパッケージを形成して、圧電振動片１３を収容するようにしているが、例えば、絶縁基体として、１枚のセラミック製基板を用意し、この１枚の基板に、電極部を形成して圧電振動片１３を接合し、厚みの薄い箱状のリッドないしは蓋体をかぶせて封止して、全体として圧電振動片１３を収容するためのパッケージを構成するようにしてもよい。

パッケージ１１の内部空間Ｓ１内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ１に露出して内側底部を構成する第１の基板１４には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキをすることにより形成した電極部２３が設けられている。実際にはパッケージ１１の幅方向端部にそれぞれひとつずつ一対設けられている。
この電極部２３は、パッケージ１１に設けた導電スルーホール２４などにより、該パッケージ１１底面において外部に露出した接続端子部としての実装端子２５と接続されており、外部から印加される駆動電圧を、圧電振動片１３に供給するものである。

圧電振動片１３は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電振動片１３は、例えば、水晶を矩形にカットして形成した水晶振動片や、音叉型の水晶振動片を用いることができる。

圧電振動子１０の第１の基板１４の底面、すなわち圧電振動子１０自体の底面の上記した実装端子２５に対しては、金属バンプ（例えば、金バンプ）４３を利用して、集積回路チップ４０がフリップチップ実装されている。集積回路チップは半導体チップであり、特に圧電振動子の温度補償回路等を備えている。
特に集積回路チップ４０の符号４１の面は、該集積回路チップ４０の制御端子４４ｂ（検査端子）を含む電極パッド４４ａ等が露出した能動面である。この能動面４１の電極パッドの箇所が、金属バンプ４３により圧電振動子１０の実装端子２５と接続されており、集積回路チップ４０は、その非能動面４２が外（下）に向いて露出するようにされている。

すなわち、第１の基板１４の下面の周縁に沿って、パッケージ１１を構成する材料と同じ材料で形成した第３の基板２６が重ねられており、内側に収容空間Ｓ２が形成されて、下側のパッケージ２７が設けられている。この収容空間Ｓ２には図示のように集積回路チップ４０が収容されるようになっている。
このため、好ましくは、第３の基板２６の高さ寸法は、集積回路チップ４０の厚み寸法よりも大きく設定されており、これにより、収容した集積回路チップ４０が収容空間Ｓ２からはみだして、損傷の原因となることがないようになっている。
この第３の基板２６の下面の四隅の箇所には、図２に示す実装端子３１，３１，３１，３１を形成する。これら実装端子は、圧電振動子１０の実装端子２５に対して、第３の基板２６の内面などを引き回す導電パターンにより接続されている。

集積回路チップ４０には、導電材料を充填した貫通孔（導電スルーホール）４７が形成され、図２に示すように非能動面４２に露出した電極パッド４６や、検査端子４５が形成されている。
ここで、集積回路チップ４０を貫通して、表裏に電気的に接続を行う貫通孔４７は以下のように形成される。
例えば、集積回路チップ４０のシリコン材料を、導電パッド４４ｂの裏面に対応した非能動面４２側からドライエッチングすることにより貫通孔を形成する。次に、能動面４１の導電パッド４４ｂを残して、スパッタリングなどにより貫通孔の孔内面に導電金属等を成膜する。その後、貫通孔内に銅（Ｃｕ）を充填し、非能動面４２に電極パッドを形成する。さらに、該導電パッドに一体に導電パターンを設けることにより、再配置配線層を形成することにより、任意の箇所まで引き回すことができる。
また、パッケージ２７の収容空間Ｓ２内の隙間に封止樹脂４８を樹脂モールドするようにしている。

本実施形態は以上のように構成されており、圧電振動子１０の下側で、その底板である第１の基板１４の底面に集積回路チップ４０を固定するようにしたので、水平方向のサイズを小さくすることができ、実装面積を小さくでき、小型化をはかることができる。
しかも、集積回路チップ４０は、能動面４１に露出している電極パッド４４ａを利用して圧電振動子１０側に実装する一方、該能動面４１にある検査端子用の電極パッド４４ｂを、この集積回路チップ４０にスルーホール４７を形成し、非能動面４２側へ連絡させ、外に向けた非能動面４２に検査端子４５を形成したので、この検査端子４５に外部からコンタクトピンを当て易く、取り扱いが容易となる。
また、外部には集積回路チップ４０の非能動面４２を向けるようにしたので、デリケートな能動面を損傷することが防止される。
かくして、圧電振動子１０と集積回路チップ４０を重ねて形成することができ、小型化を図ることができるとともに、検査端子４５を外部に露出して設け、コンタクトピンによる作業がしやすいようにした圧電発振器３０を提供することができる。

図３および図４は、圧電発振器の第２の実施形態を示す図であり、この実施形態において、図１および図２の圧電発振器と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
本実施形態は、図１および図２の実施形態と比較すると、再配置配線層４９が形成されている点だけが異なる。
すなわち、図３および図４に表されているように、集積回路チップ４０の非能動面４２には、再配置配線層４９を形成している。この再配置配線層４９は、集積回路チップ４０を構成するシリコン基板の表面にその電極パッド４４ｂから延長される導電パターンを形成するもので、特に、該電極パッド４４ｂの周囲を、ポリイミド樹脂などにより絶縁するとともに、その表面に銅パターンなどを引き回して形成することができる。

図示のように再配置配線層４９を形成すると、導電スルーホール４７の位置から、さらに集積回路チップ４０の非能動面の表面を、当該チップの中央部まで引き回し、その位置で検査端子４５を形成するようにしている。
これにより、図２の実施形態と比較すると、検査端子４５の位置が、実装端子３１などからより離間した箇所に設定される。
これにより、より確実に短絡を防止でき、コンタクトピンを当接させる作業もやりやすくなる。
第２の実施形態の圧電発振器３０−１は、このような作用以外は、第１の実施形態の作用効果と同様の作用効果を発揮することができる。
なお、検査端子４５は、上記の再配置配線層４９を用いることにより、集積回路チップ４０の中央部以外の任意の位置に形成することができることは勿論である。

図５および図６は、圧電発振器の第３の実施形態を示す図であり、この実施形態において、図１および図２の圧電発振器と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
この圧電発振器３０−２では、圧電振動子１０の実装端子２５に対して、導電性の金属ボール３５を用いて、例えば、矩形の第４の基板３３を接続するようにしている。第４の基板３３は、例えば、比較的柔軟なポリイミド基板や、硬いガラスエポキシ基板、セラミック基板などで形成されている。

第４の基板３３の上面の四隅部には電極部３６が形成されており、表側に回りこんで、実装端子３１と一体とされている。
金属ボールは、例えば、Ａｕボールであり、圧電振動子１０の実装端子２５と第４の基板３３の電極３６の間で溶融され、これらと接合されている。

集積回路チップ４０は、能動面４１を圧電振動子１０側に向けた状態で、その非能動面４２を第４の基板３３の表面に接着剤などで接合固定されている。この集積回路チップ４０の能動面４１の電極パッド４４ａ，４４ｂと、第４の基板３３の電極３６とは、ボンディングワイヤ３７によって、ワイヤボンディングされて接続されている。
第４の基板３３の中央部には、貫通孔３４が形成されており、図６に示されているように、この貫通孔３４から検査端子４５が露出するようになっている。
なお、圧電振動子１０と第４の基板３３の間の収容空間Ｓ２には、図示しないモールド樹脂が充填されることでパッケージ２７−１が形成されるようになっている。

本実施形態は以上のように構成されているので、第１の実施形態と同様の作用効果を発揮するとともに、第４の基板３３を用いているので、強度が向上する。
また、圧電振動子１０と第４の基板３３の接合に金属ボール３５を用いているので、電気的接合と機械的接合が同時にでき、コンパクトである等種々の利点がある。

図７および図８は、圧電発振器の第４の実施形態を示す図であり、この実施形態において、図１および図２の圧電発振器と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
この圧電発振器３０−３では、第３の実施形態と比較して、第４の基板３３に第３の基板２６を積層したパッケージ２７−２を用いている点が異なる。
すなわち、圧電振動子１０と第４の基板３３とを接合するのに、金属ボールではなく、第３の基板２６を用いて、集積回路チップ４０を収容する箱状のパッケージ２７−２を形成している。そして、パッケージ２７−２の内部に導体、例えばタングステンメタライズおよびメッキなどを引き回すことで、圧電振動子１０と第４の基板３３とを電気的に接続している。

第４の基板３３の表面に形成した電極３６に対して、集積回路チップ４０の能動面４１を対向させて、その電極パッド４４ａ，４４ｂとの間に金属ボール４３，４３を介在させて、フリップチップ接続している。
圧電振動子１０の実装端子２５に対して、導電性の金属ボール３５を用いて、例えば、矩形の第４の基板３３を接続するようにしている。第４の基板３３は、例えば、比較的柔軟なポリイミド基板や、硬いガラスエポキシ基板、セラミック基板などで形成されている。
また、集積回路チップ４０の能動面４１を外部に向けており、該能動面に再配置配線層４９を形成して、集積回路チップ４０の中央部に検査端子４５を形成し、該検査端子４５を貫通孔３４から外部に露出させている。なお、集積回路チップ４０の能動面４１を下に向けたので、チップ自体に導電スルーホールは形成していない。

本実施形態は以上のように構成されており、第３の実施形態の圧電発振器３０−２とほぼ同様の作用効果を発揮する。しかしながら、パッケージ２７−２は、セラミックパッケージを圧電発振器１０の下にさらに設ける構成であり、丈夫であるが、製造コストなどの点ではやや劣る。
また、集積回路チップ４０は、能動面を下に向けて、第４の基板３３にフリップチップ接続しているので、第３の実施形態のようにワイヤボンディングせずに済むという利点がある。

図９および図１０は、圧電発振器の第５の実施形態を示す図であり、この実施形態において、図１および図２の圧電発振器と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
この圧電発振器３０−４では、第２の実施形態と比較して、第３の基板２６を用いないで、金属ボール３５を用いている点だけが異なっている。

すなわち、この実施形態の圧電発振器３０−４では、圧電振動子１０の各実装端子２５に、比較的径の大きな導体の金属ボール３５を配置して、この金属ボール３５により、そのまま実装端子３１の機能を発揮させるとともに、集積回路チップ４０の収容空間Ｓ２を作るためのスペーサとしての機能を果たすものである。
なお、図示していないが、収容空間Ｓ２の箇所には、モールド樹脂が充填されるようになっている。
そして、金属ボール３５の径は、集積回路チップ４０の厚みよりも大きくすることで、集積回路チップ４０を収容空間Ｓ２内に完全に収容し、かつ、圧電発振器３０−４の下面の四隅部には、金属ボール３５の下部が露出して、実装端子として機能することになる。それ以外の作用効果は、第２の実施形態と同じである。

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、圧電振動子１０のパッケージの形状などは、図示のものに限られず、種々の形態が適用できる。

本発明の圧電発振器の第１の実施形態を示す概略断面図。 図１の圧電発振器の概略底面図。 本発明の圧電発振器の第２の実施形態を示す概略断面図。 図３の圧電発振器の概略底面図。 本発明の圧電発振器の第３の実施形態を示す概略断面図。 図５の圧電発振器の概略底面図。 本発明の圧電発振器の第４の実施形態を示す概略断面図。 図７の圧電発振器の概略底面図。 本発明の圧電発振器の第５の実施形態を示す概略断面図。 図９の圧電発振器の概略底面図。

符号の説明

１０・・・圧電振動子、１１・・・パッケージ、１３・・・圧電振動片、２４・・・貫通孔、３０・・・圧電発振器、３３・・・基板、４０・・・集積回路チップ、４１・・・能動面、４２・・・非能動面、４５・・・検査端子、４９・・・再配置配線層

Claims (6)

1. 絶縁性のパッケージに圧電振動片を収容した圧電振動子の下側に、集積回路チップを配置して、前記圧電振動片と前記集積回路チップを接続した圧電発振器であって、
   前記集積回路チップの非能動面を外に向け、該集積回路チップの能動面側と前記非能動面側とをスルーホールで電気的に接続し、少なくとも検査端子を前記非能動面側に形成した
   ことを特徴とする圧電発振器。
2. 前記能動面側と電気的に接続された再配置配線層を前記非能動面に形成するとともに、該再配置配線層を利用して検査端子を形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
3. 前記圧電振動子の下面に金属ボールを配置して空間を形成し、該空間内に前記集積回路チップを収容する構成としたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の圧電発振器。
4. 前記圧電振動子の下側に基板を配置して、該圧電振動子と前記基板の間に空間を形成し、前記基板に前記集積回路チップを固定して該集積回路チップを前記空間内に収容し、前記基板に貫通孔を形成して前記集積回路チップに形成した前記検査端子を露出させたことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
5. 前記圧電振動子と前記基板とをフリップチップ接続したことを特徴とする請求項４に記載の圧電発振器。
6. 前記集積回路チップの能動面を外に向けて、該能動面を前記基板に実装することにより前記集積回路チップを前記基板に対して固定し、かつ前記能動面に再配置配線層を形成して、該再配置配線層で形成した検査端子が前記基板に形成した貫通孔から露出する構成としたことを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の圧電発振器。

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