圧電発振器

【課題】セラミックパッケージを不要にするとともに、既成の集積回路部を用いて極めて安価に、かつ、小型化・低背化した圧電発振器を得る。
【解決手段】シリコン半導体基板の上面部２ａに集積回路部４を形成した回路基板２と該回路基板２に接合・積層したカバー５とからなる圧電発振器において、前記回路基板２の側面に前記回路基板の上面部２ａと前記回路基板の下面部２ｂとを電気的に接続する電気的導通部２２を設ける。また、集積回路部４の寸法よりも大きく回路基板２を形成して、集積回路部４とその周縁部間にスペースを形成したことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電発振器、とくに電子回路が集積されたシリコン半導体基板を利用して発振器の小型化、低背化を図った圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電発振器、例えば表面実装型水晶発振器５０は、図８に示すように、積層セラミックからなる断面凹状のセラミックパッケージ５１と、セラミックパッケージの凹状部の底面５１ｄにバンプ５２ｅを介して配置されたＩＣチップ５２と、積層セラミックパッケージ５１の上面に圧電素子３が、配置された構造となっている。また、圧電素子３の周囲の気密を保つために、カバー５により密封されている。さらに、積層セラミックパッケージ５１の底面に配置された表面実装用の外部端子５５とからなり、ＩＣチップ５２と圧電素子３が互に電気的に接続されて、表面実装型発振器として機能するようになっている。
【０００３】
近年の電子部品の小型化促進の流れの中で、圧電発振器、とくに、この種の水晶発振器も年々その小型化、低背化が進められ、その外形寸法も、例えば２．５ｍｍ×２．０ｍｍ、２．０ｍｍ×１．６ｍｍ、１．６ｍｍ×１．２ｍｍというように、段々と小型化されている。
【０００４】
そして、これらの水晶発振器は、水晶振動子とシリコン基板上に電子回路を形成した集積回路とセラミックパッケージとカバーの４部品とから構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７９９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、圧電発振器の小型化、低背化が進展するにしたがい、セラミックパッケージ内に集積回路（ＬＳＩ）をその厚み方向に配置することが、とくに高さ（厚み）方法の寸法を大きくするため、その小型化、低背化が極めて困難になる問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、本発明の圧電発振器では、シリコン半導体基板の上面部に集積回路部を形成した回路基板と回路基板に接合・積層したカバーとからなる圧電発振器を構成し、回路基板の側面に回路基板の上面部と回路基板の下面部とを電気的に接続する電気的導通部を設ける。
【０００８】
また、本発明では、回路基板に既製の集積回路部を設け、集積回路の寸法よりも大きく回路基板を形成して、集積回路と集積回路の周縁部間のスペースに圧電素子接続用電極パッド等を形成するようにする。
【０００９】
本発明では、前記集積回路部内または外に圧電素子接続用電極パッドを設ける。
【００１０】
さらに、本発明では、圧電発振器が、その出力周波数が外部信号により変化される機能を有した周波数可変圧電発振器であって、該外部信号を直流電圧とする。
【００１１】
またさらに、本発明では、圧電発振器を、その出力周波数が外部温度によらず一定の周波数を出力する機能を有した温度補償型圧電発振器とする。
【００１２】
さらにまた、本発明では、圧電素子が、外部との雰囲気を遮断するため、気密化されたパッケージ内に封入される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧電発振器では、シリコン基板上に形成した集積回路の上面と下面に外部接続パッドを設け、電気的導通部により接続して、セラミックパッケージの機能をもたせたので、セラミックパッケージが不要となるとともに、安価に、小型化、低背化した圧電発振器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の圧電発振器のパッケージを取り除いて圧電素子を仮想線で表示し、集積回路部が形成されるシリコン半導体基板の上面を上から見た集積回路部内に圧電素子接続用電極パッドを形成した実施例の平面図である。
【図２】図１に示した本発明の圧電発振器のII−II矢視断面、図２（ａ）と、図２（ａ）に示したＢ矢視部の拡大部分断面（ｂ）を示す。
【図３】図１に示した本発明の圧電発振器をその底面から見た底面図である。
【図４】本発明の圧電発振器のパッケージを取り除いて圧電素子を仮想線で表示し、集積回路部が形成されるシリコン半導体基板の上面を上から見た集積回路の外に圧電素子接続用電極パッドを形成した実施例の平面図、図４（ａ）、図４（ａ）に示した本発明の圧電発振器のIV−IV矢視断面（ｂ）、及び図４（ｂ）に示したＣ矢視部の拡大部分断面（ｃ）をそれぞれ示す。
【図５】本発明の圧電発振器が複数個シリコンウェハ上に形成された個片への切断前の状態を示す平面図。
【図６】図５に示した本発明の圧電発振器（圧電素子接続用電極パッドを集積回路部内に形成した実施例）をウェハレベルで製造するのに用いられるウェハの図５に示すＥ矢視部の詳細を示し、図６（ａ）はウェハの集積回路部形成面の、また図６（ｂ）はウェハの底面をそれぞれ示す。
【図７】図５に示した本発明の圧電発振器（圧電素子接続用電極パッドを集積回路の外に形成した実施例）をウェハレベルで製造するのに用いられるウェハの図５に示すＥ矢視部の詳細を示し、図７（ａ）はウェハの集積回路部形成面の、また図７（ｂ）はウェハの底面をそれぞれ示す。
【図８】従来の圧電発振器の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施例
圧電発振器
本発明の圧電発振器、とくに圧電素子として水晶を用いた水晶発振器を、本発明の実施例として説明する。図１は、本発明の実施例の水晶発振器のカバーを取り除いて集積回路部が形成される回路形成面を上から見たシリコン半導体基板の平面図、図２は、本発明の実施例の水晶発振器を図１に示すII−II矢視方向から見た矢視断面図、図３は、本実施例の水晶発振器をその底面方向から見た底面図である。
【００１６】
本発明の圧電発振器の実施例の水晶発振器１は、図１、図２及び図３に示したように、シリコン半導体基板（回路基板）２と、この回路基板２の上面に接合される水晶振動片３とカバー５とを縦方向に積層して形成されている。
【００１７】
図１に示すように、水晶振動片３と対向するシリコン半導体基板２の主面（上面部）２ａの中央には、集積回路部（ＬＳＩ）４とシリコン半導体基板２の反対側（底面）の主面２ｂには、実装基板（図示せず）と電気的に接続される外部入出力用電極パッド（外部接続用端子）２３が、例えば６個、設けられている。
【００１８】
また、シリコン半導体基板２の上面部（主面）２ａに形成された集積回路部４の周縁部にはシールド４１が設けられるとともに、シリコン半導体基板（回路基板）２の側面には、シリコン半導体ウェハの加工時にスルーホールとして形成された半円部に、例えば、金等をスパッタリングして形成された、半導体基板２の集積回路部４の上面部に形成した集積回路用電極パッド４２、電気導通配線４３ａと、基板２下面部２ｂに外部入出力用電極パッド２３とを接続する、端面電極２２（電気的導通部）が設けられている。なお、電極パッド４２は、集積回路の製造工程で、また、電気導通配線４３ａと、端面電極２２とは、その後の製造工程で形成される。
【００１９】
ここで、集積（電子）回路部４の領域内に、図１に示すように、圧電素子接続用電極パッド４３ｂを形成する実施例では、図２に示すように、パッド４３ｂの上面に接合剤４３ｃを塗布し、水晶振動片３の一端を接着保持する。そして、カバー５を半導体基板２の主面に被せ、圧電素子（水晶振動片）３が収容される領域を真空または窒素ガス等を封入して接合封止し圧電発振器１を構成する。
【００２０】
図４に示した本発明の圧電発振器の他の実施例では、図４（ａ）に示すように、これらの圧電素子接続用電極パッド４３ｂを電子回路が形成されていない集積回路部４の領域外に設け、すなわち図４（ｃ）に示すように、集積回路部４の周辺に形成されたシールド４１の外の領域に設けた電極パッド２１の上に集積回路部４への電気導通配線４３ｄを配設し、この電気導通配線４３ｄの上に圧電素子接続用電極パッド４３ｂを設け、この電極パッド４３ｂに接合剤４３ｃを介して水晶振動片（圧電素子）３の一端部を接着固定する。
【００２１】
これによって、圧電素子３の実装時の集積回路部４へのストレスが大幅に低減でき、また、圧電素子接続用電極パッド４３ｂに塗布された接合剤４３ｃが電極パッド４３ｂからはみ出しても、電極パッド４３ｂが集積回路部４から離れているので、集積回路部４の形成領域に形成された電子回路への影響がなくなり、周波数特性が安定し、かつ、生産性の良い圧電発振器が得られるようになる。
【００２２】
また、搭載する圧電素子（水晶振動片）３の外形寸法に変更があっても、集積回路部４の設計変更をすることなしに、圧電素子接続用電極パッド４３ｂを変更することで対応できるようになる。その結果、集積回路部４の電子回路のレイアウトの変更等を行う必要がなく、設計資産の有効な活用ができるようになる。
【００２３】
また、本発明の圧電発振器の実施例では、圧電素子接続用電極パッド４３ｂを前述したように、集積回路部４の形成領域内または外に形成し、電極パッド４３ｂに圧電素子（水晶振動片）３が接合剤４３ｃにより接続される。ここで、圧電素子３は、図５、図６及び図７に示すように、半導体ウェハ（集合基板）Ｗに電子回路及び電極を形成した後、個片に切断され、接合剤４３ｃにより電極パッド４３ｂに接着して接続される。
【００２４】
本発明の圧電発振器、とくに、その実施例の水晶発振器では、規格化された所定寸法の既製（設計済）の集積回路部４を用いて電子回路を構成し、この集積回路部４をこれより大きい面積をもつシリコン半導体基板２上に形成したので、半導体基板４が従来のセラミックケースの役割をもつようになり、セラミックケースが不要になるとともに、極めて安価に、小型化、低背化した水晶発振器、電圧制御型水晶発振器、温度補償型水晶発振器等の圧電発振器を得ることができるようになる。
【００２５】
また、本発明の圧電発振器の実施例において、圧電発振器が、その出力周波数が外部温度によらず一定の周波数を出力する機能を有した温度補償型圧電発振器、または、その出力周波数が外部信号により変化される機能を有した周波数可変圧電発振器であって、該外部信号を直流電圧として使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の圧電発振器は、小型化を必要とする水晶発振器、電圧制御型水晶発振器、温度補償型水晶発振器に、また本発明のＬＳＩチップは、コンデンサや水晶振動子のように、ディスクリート部品として利用することもできる。
【符号の説明】
【００２７】
１圧電発振器
２シリコン半導体基板（回路基板）
３圧電素子（水晶振動片）
４集積回路部
５カバー
２１シリコン半導体基板用電極パッド
２２端面電極
２３外部入出力用電極パッド
３１水晶振動子用電極パッド
４１シールド
４２集積回路部用電極パッド
４３ａ電気導通配線
４３ｂ圧電素子接続用電極パッド
４３ｃ接合剤
４３ｄ電気導通配線
Ｗシリコンウェハ
Ｄダイシングライン

【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン半導体基板の上面部に集積回路部を形成した回路基板と該回路基板に接合・積層したカバーとからなる圧電発振器において、前記回路基板の側面に前記回路基板の上面部と前記回路基板の下面部とを電気的に接続する電気的導通部を設けたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電発振器において、前記回路基板に既製の前記集積回路部を設け、前記集積回路の寸法よりも大きく前記回路基板を形成して、前記集積回路部と前記集積回路部の周縁部間にスペースを形成したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電発振器において、前記圧電発振器が、その出力周波数が外部信号により変化される機能を有した周波数可変圧電発振器であって、該外部信号が直流電圧であることを特徴とする圧電発振器。
【請求項４】
請求項１に記載の圧電発振器において、前記集積回路部内に圧電素子接続用電極パッドを設けたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項５】
請求項２に記載の圧電発振器において、前記集積回路部の外の前記スペースに圧電素子接続用電極パッドを設けたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項６】
請求項１に記載の圧電発振器において、前記圧電発振器が、その出力周波数が外部温度によらず一定の周波数を出力する機能を有した温度補償型圧電発振器であることを特徴とする圧電発振器。
【請求項７】
請求項１に記載の圧電発振器において、前記圧電素子が、外部との雰囲気を遮断するため、気密化されたパッケージ内に封入されることを特徴とする圧電発振器。
【請求項８】
請求項１に記載の圧電発振器において、前記圧電発振器の圧電素子が、水晶振動片であることを特徴とする圧電発振器。

【図１】