JP2001028516A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】第１に平面外形が小さい小面積化を、第２に高
さ寸法の小さい低背化を促進する圧電発振器を提供す
る。 【構成】圧電素子の入力端子及びその他の回路端子を有
するＩＣチップと前記圧電素子とを面対向して直接的に
接合し、前記圧電素子とＩＣチップとを容器に密閉封入
した圧電発振器において、前記ＩＣチップの入力端子は
前記回路端子とは反対面に形成され、前記圧電素子を反
対面の入カ端子に接合した構成とする。また、前記回路
端子を有するＩＣチッブの主面を前記容器内面に直接的
に固着した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＩＣチップに圧電素
子を直接的に接合した圧電発振器を産業上の技術分野と
し、特に圧電素子を水晶片として三次元実装技術を用い
た水晶発振器に関する。

【０００２】（発明の背景）水晶発振器は、周波数及び
時間源として、通信機器を含む各種の電子機器に多く用
いられている。近年では、特に携帯電話に見られるよう
に小型化の進歩が著しく、さらに極限を求めた開発がな
されている。例えばこのようなものの一つにＩＣチップ
に水晶片を直接的に固着したものがある（特開平１１−
１４５７２８号公報）。

【０００３】（従来技術の一例）第４図は従来例を説明
する圧電発振器の断面図である。水晶発振器は表面実装
容器（実装容器とする）１と水晶片２とＩＣチップ３と
からなる。実装容器１は、凹部を有する容器本体４と金
属カバー５からなる。容器本体４は平板６と第１及び第
２枠板７（ａｂ）の積層セラミックに金属リング８を鑞
接してなる。なお、底面外周には、ＩＣチップ３と接続
して側面から延出した実装電極９を有する。

【０００４】水晶片２はＡＴカットの矩形状とし、両主
面の励振電極１０（ａｂ）から引出電極１１（ａｂ）を
両端外周部に延出してなる（第５図）。ＩＣチップ３は
発振回路（第６図）等を形成する回路素子を集積する。
図において、Ｒは帰還抵抗、Ｃ（1、2）は発振用コンデ
ンサ、Ｑは水晶振動子（水晶片２）、１２はＣ−ＭＯＳ
からなる発振用増幅器及び１３は緩衝増幅器である。な
お、必要に応じて記憶回路等の温度補償機能素子等が集
積される。

【０００５】そして、一主面に水晶振動子（水晶片２）
の一対の入力端子（水晶端子とする）１４及びその他の
電子回路を構成する回路端子１６を露出する。回路端子
１６は、例えば電源、アース、出力や温度補償機能の書
込及び検査端子からなる。

【０００６】上記参照公報では、容器本体４の底面にＩ
Ｃチップ３を接着剤等（未図示）により固着する。水晶
片２はＩＣチップ３の水晶端子１４に固着する。すなわ
ち、引出電極１１の延出した両端外周部を金属粒（バン
プ）１５を用いた熱圧着（所謂バンプ接着）により、入
力端子１４と接合する。そして、ＩＣチップ３の回路端
子１６を、金線１７等のワイヤボンディングにより容器
本体４の段部（第２枠板７ａ）に導出する。これらの回
路端子は図示しない回路パターンによって、外表面に延
出される。例えば電源、アース、出力等は、先の実装電
極９として側面及び底面に延出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の水晶発振器では、水晶端子１
４と回路端子１６との形成されたＩＣチップ３の一主面
に水晶片２を接合する。したがって、容器本体４の底面
に対して、フェースダウンボンディングによってＩＣチ
ップ３を固着できない問題があった。なお、フェースダ
ウンボンディングは、ＩＣチップ３の回路端子１６を有
する一主面を、回路基板に形成されたパターン端子に直
接的に接合する方法である。

【０００８】このことから、上記例では、ワイヤボンデ
ィングにより回路端子１６を導出する。しかし、この場
合は、金線１７の接続作業を容易にするため、第１枠板
７ａを設けて金線１７の導出端とＩＣチップ３との高さ
を同一平面にする。したがって、金線１７の空間を確保
するために容器本体４は第２枠板７ｂを要し、高さ寸法
を大きくする問題があった。

【０００９】さらに、ワイヤボンディングするには、回
路端子１６を水晶片２の外側に設けて露出する必要があ
り、ＩＣチップ３の面積を水晶片２より大きくする問題
もあった。なお、通常では、水晶片２の平面外形の方が
ＩＣチップ３より格段に大きい。

【００１０】（発明の目的）本発明は、第１に小面積化
を、第２に低背化を促進する圧電発振器を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（着目点）本発明では、
ＩＣチップ３の水晶端子１４がその他の回路端子１６と
は反対の面に形成されていればフェースダウンボンディ
ングが可能であると考え、三次元ＬＳＩ実装技術に着目
した（参照：「ＢＲＥＡＫ ＴＨＲＯＵＧＨ（リアライ
ズ社）、１９９８年１１月号（ＮＯ．１４９）、三次元
ＬＳＩ実装技術」）。

【００１２】（解決手段）本発明は、実施例（第１図参
照）で詳述するように、ＩＣチップ３の水晶端子１４
は、その他の回路端子を有する面とは反対面に形成さ
れ、圧電素子としての水晶片２を反対面の水晶端子１４
に接続したことを基本的な解決手段とする（請求項
１）。そして、回路端子１６を有するＩＣチップ３の一
主面を容器内面に直接的に固着した構成とする（請求項
２）。

【００１３】

【作用】本発明は、圧電素子（水晶片２）をＩＣチップ
３の回路端子１６とは反対面に接続するので、ＩＣチッ
プ３の回路端子１６を水晶片２の外側に配置する必要が
ない。また、回路端子１６を有するＩＣチップの一主面
を容器内面に直接的に接合するので、ＩＣチップ３から
の導出用の金線等を不要にする。これらのことから、本
発明の目的を達成できる。以下、本発明の一実施例を説
明する。

【００１４】

【実施例】第１図は本発明の一実施例を説明する水晶発
振器の断面図である。なお、前従来例図と同一部分には
同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。水晶発
振器は、前述同様に、水晶片２及びＩＣチップ３を実装
容器１に密閉封入してなる。そして、この実施例では、
ＩＣチップ３は一主面に回路端子１６を、反対面に水晶
端子１４（ａｂ）を露出する。

【００１５】具体的には、ＩＣチップ３はシリコン基板
にＰ及びＮチャンネルによるＦＥＴ素子（電界効果トラ
ンジスタ）及び抵抗、容量等の各素子を集積化してな
る。そして、一主面には酸化膜を形成してアルミナ膜に
より各素子を結線するとともに、電源、出力、アース等
の取出し電極となる回路端子１６を形成する。そして、
発振用増幅器としてのＦＥＴ素子と接続した水晶端子１
４を他主面に形成する。

【００１６】すなわち、前述の三次元ＬＳＩ実装技術に
より、第２図の拡大断面図に示したように、シリコン基
板１８の一部に一主面から深い窪みを設けて酸化させ、
さらに低抵抗の多結晶シリコン１９を埋設する。そし
て、他主面側を研磨して多結晶シリコン１９を露出して
酸化させる。図中の符号２０は酸化膜である。次に、多
結晶シリコン１９の露出面にアルミナ膜を設けて他主面
側に水晶端子１４を形成する。そして、水晶端子１４に
金粒１５等のバンプを設ける。なお、窪みを設けた一主
面側にもアルミナ膜による配線層２１が形成される。

【００１７】実装容器１は容器本体４とカバー５からな
る。この例での容器本体４は、平板６と枠板７からなる
２層構造の積層セラミック上に金属リング８を鑞接す
る。そして、回路パターン（未図示）の形成された底面
にフェースダウンボンディングによりＩＣチップ３を固
着する。すなわち、回路端子１６を有するＩＣチップ３
の一主面を底面に対向させ、熱圧着により金粒１５を押
圧して接合する（バンプ接着）。

【００１８】水晶片２は、この例では励振電極１０（ａ
ｂ）から一端部両側に引出電極１１（ａｂ）を延出す
る。そして、水晶片２の一端部両側をＩＣチップ３の他
主面に設けた水晶端子１４にバンプ接着する。これらの
場合、水晶片２とＩＣチップ３とを一体的に接合した
後、ＩＣチップ３を容器底面に固着してもよい。そし
て、シーム溶接により、金属カバーを接合される。

【００１９】（実施例の効果）このような構成であれ
ば、水晶片２はＩＣチップ３の回路端子１６とは反対面
の水晶端子１４に接続する。したがって、一主面の回路
端子１６は水晶片２に覆われることなく露出するので、
必ずしもＩＣチップ３を水晶片２の板面以上に大きくす
る必要はない。これにより、ＩＣチップ３を水晶片３よ
り大きくすることなく、平面外形を小さくできる。

【００２０】また、この実施例では、フェースダウンボ
ンディングによりＩＣチップ３を容器本体４の底面に直
接的に接合する。したがって、ワイヤボンディングとし
た場合の金線１７を空間に設ける必要がないので、高さ
寸法を小さくできる。この場合は、特に二層構造とする
ので最小とする。

【００２１】

【他の事項】上記実施例では、ＩＣチップ３を容器本体
４の底面にフェースダウンボンディングにより固着した
が、水晶片２を固着してもよい。すなわち、ＩＣチップ
３と接合した水晶片２を底面に固着し、ＩＣチップ３の
回路端子１６をワイヤボンディングにより導出してもよ
い。

【００２２】この場合でも、ＩＣチップ３の回路端子１
６は露出したままとなるので、前述同様にＩＣチップ３
を水晶片２の外形より小さくでき、本発明はこれを排除
するものではない。但し、高さ寸法は従来同様に高くな
るので、実施例の方が有利である。

【００２３】また、水晶片２は一端部両側に引出電極１
１（ａｂ）を延出したが、両端部に延出して同部をＩＣ
チップ３の水晶端子１４に接合してもよい。また、水晶
片２はバンプ接着としたが、接合強度が小さい場合には
例えば接着剤を補強してもよい。また、水晶端子１４と
水晶片２とを導電性接着剤や異方性導電接着剤によって
接続してもよい。

【００２４】また、実装容器１はシーム溶接としたが、
金属リング８を除去して例えば樹脂封止等としてもよ
い。また、容器本体４は凹状としたが平板として凹状の
カバーを被せてもよく、これらは任意に選定できる。そ
して、圧電素子は水晶以外の例えばニオブ酸リチウム等
他の圧電材であってもよい。

【００２５】要するに、本発明では一主面に回路端子を
有するＩＣチップの他主面に水晶端子を形成して圧電素
子を接続したことが主旨であり、他の構成に相違があっ
たとしてもこのようなものは適宜自在な変更を含めて本
発明の技術的範囲に属する。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、ＩＣチップの水晶端子はその
他の回路端子とは反対面に形成され、圧電素子を反対面
の水晶端子に接続したので、小面積化を促進できる。ま
た、回路端子を有するＩＣチップの一主面を容器内面に
直接的に固着するので、高さ寸法も小さくできる圧電発
振器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する水晶発振器の断面
図である。

【図２】本発明の一実施例を説明する水晶発振器の一部
拡大断面図である。

【図３】本発明の一実施例に適用した水晶片の平面図で
ある。

【図４】従来例を説明する水晶発振器の断面図である。

【図５】従来例を説明する水晶片の平面図である。

【図６】従来例を説明する発振回路の基本回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 実装容器、２ 水晶片、３ ＩＣチップ、４ 容器
本体、５ 金属カバー、６ 平板、７ 枠板、８ 金属
リング、９ 実装電極、１０ 励振電極、１１引出電
極、１２ 発振用増幅器、１３ 緩衝増幅器、１４ 水
晶端子、１５ 金粒、１６ 回路端子、１７ 金線、１
８ シリコン基板、１９ 多結晶シリコン、２０ 酸化
膜、２１ 配線層．

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子の入力端子及びその他の回路端子
   を有するＩＣチップと前記圧電素子とを面対向して直接
   的に接合し、前記圧電素子とＩＣチップとを容器に密閉
   封入した圧電発振器において、前記ＩＣチップの入力端
   子は前記回路端子とは反対面に形成され、前記圧電素子
   を反対面の入力端子に接続したことを特徴とする圧電発
   振器。
2. 【請求項２】請求項１において、前記回路端子を有する
   ＩＣチップの主面が前記容器内面に直接的に固着された
   圧電発振器。