JP2005151116A - Piezo-electric oscillating device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric oscillation device where the reliability of a product is improved by preventing damages to electrode pad etc. formed on the outer surface. <P>SOLUTION: This temperature compensated crystal oscillator device is provided with a chip-type crystal oscillator 1; and an IC 41 as a circuit element to be fitted to the center part of the rear surface of the crystal oscillator 1. On the lower surface of the crystal oscillator 1, protrusions 15 and electrode pads 12a and 13a for a piezoelectric element prevent electrode pads 16 for a circuit element and electrode pads 17 for external connection at relatively low positions from contacting directly with a carrier apparatus, such as a parts feeder. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、携帯電話等の通信機器や電子機器に用いられる表面実装型水晶発振器等の圧電振動デバイスに係る。特に、本発明は、圧電振動デバイスの外部端子保護を図るための対策に関する。   The present invention relates to a piezoelectric vibration device such as a surface-mount crystal oscillator used in communication equipment such as a mobile phone and electronic equipment. In particular, the present invention relates to a measure for protecting an external terminal of a piezoelectric vibration device.

近年、モバイルコンピュータ等の情報機器や、携帯電話、自動車電話、ページングシステム等の移動体通信機器にあっては、装置の小型化が急速に進んでいる。このため、これらに用いられる水晶発振器などの電子部品にも更なる小型化が要求されている。   In recent years, in information communication equipment such as a mobile computer and mobile communication equipment such as a mobile phone, a car phone, and a paging system, miniaturization of the device is rapidly progressing. For this reason, further miniaturization is required for electronic components such as crystal oscillators used for these.

小型化に対応した水晶発振器の例としては、例えば特開２００３−４６２５１号に示す構成をあげることができる。本構成は多層基板の上面に水晶振動子が、下面に電子部品素子が搭載された構成であり、多層基板の上側に積層されているセラミック基板上面に枠状のシームリングが形成されており、シームリングの内部に水晶振動子が搭載されている。そして金属リッドとシームリングとをシーム溶接等によって接合し水晶振動子を気密封止している。またセラミック基板の下面には部品搭載パッドが設けてあり、ＩＣチップ等の電子部品素子が搭載されている。さらに、セラミック基板の下面周囲には端子電極が形成されており、当該端子電極に導電体が形成されている。   As an example of a crystal oscillator corresponding to miniaturization, for example, a configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-46251 can be given. In this configuration, a crystal resonator is mounted on the upper surface of the multilayer substrate and an electronic component element is mounted on the lower surface, and a frame-like seam ring is formed on the upper surface of the ceramic substrate laminated on the upper side of the multilayer substrate. A crystal unit is mounted inside the seam ring. The metal lid and the seam ring are joined by seam welding or the like to hermetically seal the crystal unit. A component mounting pad is provided on the lower surface of the ceramic substrate, and an electronic component element such as an IC chip is mounted thereon. Furthermore, a terminal electrode is formed around the lower surface of the ceramic substrate, and a conductor is formed on the terminal electrode.

このような構成においては、ＩＣチップ等の電子部品と水晶振動子とを同じ気密空間に配置しないために、例えばＩＣチップ等の電子部品の接合による悪影響を回避することができる。ところで、ＩＣチップの接合においてはフェイスダウン接合により接合する際、接合強度を確保するためにアンダーフィル材を注入することがある。このアンダーフィル材は樹脂材からなり、加熱硬化時等においてガスが発生し、このガスが水晶振動子の振動板自体あるいは振動板上に形成された電極に付着することにより、特性に悪影響を与えることがあった。しかしながら上述のように同一気密空間に配置しない構成により、上述のような不具合の発生は排除することができた。   In such a configuration, since an electronic component such as an IC chip and the crystal resonator are not arranged in the same airtight space, an adverse effect due to the joining of the electronic component such as an IC chip can be avoided. By the way, when bonding IC chips by face-down bonding, an underfill material may be injected to ensure bonding strength. This underfill material is made of a resin material, and gas is generated during heat curing, etc., and this gas adversely affects the characteristics by adhering to the vibration plate of the crystal unit itself or the electrode formed on the vibration plate. There was a thing. However, the occurrence of the above-described problems can be eliminated by the configuration not arranged in the same airtight space as described above.

ところが、特開２００３−４６２５１号に示す構成では、電子部品を搭載する部品搭載パッドや導電体が形成される端子電極がパッケージの外周に設けられているために、傷等の損傷を受けることがある。例えば、当該部品搭載パッドや端子電極にはその最上層に金メッキが形成されるが、水晶振動子を気密封止した後、最終的に電子部品や導電体が取り付けられるまでに、いくつかの処理工程を経る。例えばパーツフィーダー等により水晶振動子を気密封止した半製品状態の圧電振動デバイスを次工程に搬送することがある。このような場合、前記部品搭載パッドの金メッキ等に微小な傷が入ることがあり、このような損傷はＩＣチップのフリップチップ接合状態を不安定にすることがあり、部品搭載パッドや端子電極に対する保護が求められていた。
特開２００３−４６２５１号 However, in the configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-46251, since component mounting pads for mounting electronic components and terminal electrodes on which conductors are formed are provided on the outer periphery of the package, they may be damaged such as scratches. is there. For example, the component mounting pads and terminal electrodes are gold-plated on the uppermost layer, but after the quartz crystal is hermetically sealed, there are several processes until the electronic components and conductors are finally attached. Go through the process. For example, a semi-finished piezoelectric vibration device in which a crystal resonator is hermetically sealed by a parts feeder or the like may be transported to the next process. In such a case, a minute scratch may be formed on the gold plating or the like of the component mounting pad, and such damage may cause the flip chip bonding state of the IC chip to be unstable. Protection was sought.
JP 2003-46251 A

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パッケージの外表面に回路素子（ＩＣチップ等の電子部品等）を取り付けて構成される圧電振動デバイスにおいて、当該外表面に形成された電極パッド等の損傷を防ぐことにより、製品の信頼性を向上させるものである。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration device in which a circuit element (an electronic component such as an IC chip) is attached to the outer surface of a package. The reliability of the product is improved by preventing damage to electrode pads and the like formed on the outer surface.

上記の目的を達成するために、本発明は、圧電振動デバイスのパッケージ外表面に形成された電極パッドに回路素子並びに外部接続端子を取着する構成において、外表面に形成される電極パッド構成を改良し、回路素子用の電極パッド及び外部接続用電極パッドより高い突起を設けたことを特徴としている。   In order to achieve the above object, the present invention provides an electrode pad configuration formed on an outer surface in a configuration in which circuit elements and external connection terminals are attached to electrode pads formed on a package outer surface of a piezoelectric vibration device. It is improved and is characterized in that a projection higher than the electrode pad for circuit elements and the electrode pad for external connection is provided.

具体的には、パッケージ内部に圧電振動素子が収納され、パッケージ外表面に回路素子接続用の電極パッドと外部接続端子用の電極パッドを形成した圧電振動デバイスであって、この圧電振動デバイスの前記各電極パッドに回路素子と外部接続端子を取り付け、かつ上記外部接続端子のパッケージ外面からの突出寸法を回路素子の高さ寸法よりも大きく設定するとともに、パッケージ外表面の電極パッド形成面には、当該電極パッドより高い突起を形成したことを特徴としている。   Specifically, a piezoelectric vibration device in which a piezoelectric vibration element is housed in a package and an electrode pad for connecting a circuit element and an electrode pad for an external connection terminal are formed on the outer surface of the package, A circuit element and an external connection terminal are attached to each electrode pad, and the protruding dimension of the external connection terminal from the package outer surface is set to be larger than the height dimension of the circuit element. A feature is that protrusions higher than the electrode pads are formed.

これらの特定事項により、圧電振動デバイスが実装基板に搭載された状態では、この圧電振動デバイスのパッケージ外面と実装基板との間に、回路素子の高さ寸法よりも大きな高さ寸法を有する空間が形成されることになる。このため、外部接続端子が形成されているパッケージ外面に回路素子を予め取り付けておき、これを実装基板に搭載すれば、上記空間に回路素子が配置された状態で、実装基板に圧電振動デバイスが搭載される。   Due to these specific matters, when the piezoelectric vibration device is mounted on the mounting substrate, a space having a height dimension larger than the height dimension of the circuit element is formed between the package outer surface of the piezoelectric vibration device and the mounting substrate. Will be formed. For this reason, if a circuit element is previously attached to the outer surface of the package on which the external connection terminals are formed and is mounted on the mounting board, the piezoelectric vibration device is mounted on the mounting board in a state where the circuit element is arranged in the space. Installed.

更に、水晶発振器の多機能化を図るべく外部接続端子の個数を増大させようとしたり、水晶発振器の更なる小型化を図ろうとする場合において、外部接続端子の１個当たりに確保できる面積が小さくなったとしても、複数個の外部接続端子の存在によってパッケージに対する接続強度が十分に確保されている。   Furthermore, when trying to increase the number of external connection terminals in order to increase the number of functions of the crystal oscillator or to further reduce the size of the crystal oscillator, the area that can be secured per external connection terminal is small. Even if it becomes, the connection strength with respect to the package is sufficiently ensured by the presence of the plurality of external connection terminals.

またこの圧電振動デバイスを製造するにあたっては、まずパッケージに圧電振動素子を気密格納した後、各電極パッドに回路素子や外部接続端子を接合することになる。このとき各製造段階において所定の位置に配置するため、例えばパーツフィーダーによりパッケージを搬送するが、この際に前述の突起により前記電極パッドが直接搬送機構と接触することがなくなる。よって、電極パッドに対する損傷の機会を極めて小さくすることができる。   In manufacturing the piezoelectric vibration device, first, the piezoelectric vibration element is hermetically stored in a package, and then a circuit element and an external connection terminal are bonded to each electrode pad. At this time, in order to arrange at a predetermined position in each manufacturing stage, for example, the package is transported by a parts feeder. At this time, the electrode pad is not directly in contact with the transport mechanism by the above-described protrusion. Therefore, the chance of damage to the electrode pad can be extremely reduced.

回路素子は例えば、圧電振動素子とともに圧電発振回路を構成するＩＣチップであったり、あるいは当該圧電発振回路に付加して、温度補償回路あるいは電圧制御回路等の付加回路を構成してもよい。当該回路素子の接続端子は前記電極パッドと直接接合するフェイスダウン接合等により接続する。これら回路構成はＩＣ等の半導体素子やコンデンサ、抵抗等の回路素子を１つ以上構成してなる。   For example, the circuit element may be an IC chip that constitutes a piezoelectric oscillation circuit together with the piezoelectric oscillation element, or may be added to the piezoelectric oscillation circuit to constitute an additional circuit such as a temperature compensation circuit or a voltage control circuit. The connection terminals of the circuit elements are connected by face-down bonding or the like that is directly bonded to the electrode pads. These circuit configurations include one or more semiconductor elements such as an IC and one or more circuit elements such as a capacitor and a resistor.

外部接続端子の具体構成としてＢＧＡ（Ball Grid Alley）技術による導体ボールを使用しており、例えば半田材料によって構成される半田ボールを使用している。この種の導体ボールは、外部接続端子の形成スペースが比較的狭い場合であってもパッケージに対する接続強度を十分に確保できる。このため、水晶発振器の多機能化を図るべく、限られたスペース内に多数の外部接続端子を形成する場合に好適である。   As a specific configuration of the external connection terminal, a conductor ball by a BGA (Ball Grid Alley) technique is used, for example, a solder ball made of a solder material is used. This type of conductor ball can sufficiently secure the connection strength to the package even when the space for forming the external connection terminals is relatively narrow. For this reason, it is suitable when a large number of external connection terminals are formed in a limited space in order to increase the functionality of the crystal oscillator.

回路素子接続用の電極パッドと外部接続端子用の電極パッド形成面にはこれら電極パッドより高い突起を形成している。突起は例えば積層構成による厚肉の導電材料であってもよいし、アルミナ膜等の絶縁膜による厚膜構成であってもよい。この突起は回路素子や外部接続端子の接合作業に悪影響を受けない場所に形成することが好ましく、またその高さも実装基板との接合を確保するために、接合された外部接続端子の高さよりも低く設定することが必要となる。   Projections higher than these electrode pads are formed on the electrode pad forming surface for connecting the circuit element and the electrode pad for the external connection terminal. The protrusion may be a thick conductive material having a laminated structure, for example, or may be a thick film structure having an insulating film such as an alumina film. This protrusion is preferably formed in a place where there is no adverse effect on the bonding operation of the circuit element and the external connection terminal, and its height is also higher than the height of the bonded external connection terminal in order to ensure bonding with the mounting board. It is necessary to set it low.

また、圧電振動デバイスの検査用の端子を突起として用いてもよい。すなわち、外部接続端子が形成されているパッケージ外面に、回路素子の電極が接続する電極パッド（以下、回路素子用電極パッドという）及び圧電素子上に形成されている電極に繋がる電極パッド（以下圧電素子用電極パッドという）をそれぞれ形成する。そして、上記圧電素子用電極パッドのパッケージ外面からの突出寸法を、回路素子用電極パッドの高さ寸法よりも大きく設定する。これにより、回路素子をパッケージ外面に取り付ける前の圧電振動デバイスの検査時にあっては、検査装置の電極上に圧電振動デバイスを載置することで圧電素子用電極パッドのみを検査装置の電極に接触させることが可能になる。このため、圧電振動デバイスの検査時の作業性を向上できるとともに、他の電極を保護することができる。   Moreover, you may use the terminal for a test | inspection of a piezoelectric vibration device as protrusion. That is, an electrode pad (hereinafter referred to as an electrode pad for a circuit element) to which an electrode of a circuit element is connected and an electrode pad (hereinafter referred to as a piezoelectric element) connected to an electrode formed on the piezoelectric element are connected to the outer surface of the package on which the external connection terminal is formed. Element electrode pads). The projecting dimension of the piezoelectric element electrode pad from the outer surface of the package is set larger than the height dimension of the circuit element electrode pad. As a result, when the piezoelectric vibration device is inspected before the circuit element is attached to the outer surface of the package, the piezoelectric vibration device is placed on the electrode of the inspection apparatus so that only the electrode pad for the piezoelectric element contacts the electrode of the inspection apparatus. It becomes possible to make it. For this reason, workability at the time of inspection of the piezoelectric vibration device can be improved, and other electrodes can be protected.

以上のように、本発明では、圧電振動デバイスのパッケージ外面に形成される外部接続端子を改良し、圧電振動デバイスが実装基板に搭載された際には、この圧電振動デバイスのパッケージ外面と実装基板との間に得られた空間にＩＣ等の回路素子が配置されるようにしている。このため、圧電振動デバイスのパッケージ外面が外部接続端子を介して直接的に実装基板に取り付けられるため、圧電振動デバイス全体としての部品点数を削減でき、構成の簡素化を図ることができる。また、圧電振動デバイスが実装された状態では回路素子がパッケージと実装基板との間に位置することで外部から保護されることになり、個別の保護手段は必要なく、圧電振動デバイスの作製作業の簡素化を図ることができる。   As described above, in the present invention, when the external connection terminal formed on the package outer surface of the piezoelectric vibration device is improved and the piezoelectric vibration device is mounted on the mounting substrate, the package outer surface and the mounting substrate of the piezoelectric vibration device are mounted. A circuit element such as an IC is arranged in a space obtained between the two. For this reason, since the package outer surface of the piezoelectric vibration device is directly attached to the mounting substrate via the external connection terminal, the number of parts of the piezoelectric vibration device as a whole can be reduced, and the configuration can be simplified. In addition, when the piezoelectric vibration device is mounted, the circuit element is positioned between the package and the mounting substrate, so that the circuit element is protected from the outside. Simplification can be achieved.

また、パッケージ外表面の電極パッド形成面に当該電極パッドより高い突起を形成したことにより、回路素子接合用あるいは外部接続端子接合用の電極パッドに対する損傷を抑制することができ、電極パッドと回路素子の端子あるいは電極パッドと導体ボール等の外部接続端子との接合を確実に行うことができる。特に例えば電極パッド表面の金層と回路素子の金層あるいは金バンプとを金属間接合するＧＧＩ接合において、両方の金層等において傷等のない電極面を確保することができ、接合の信頼性を確保することができる。   Further, by forming a protrusion higher than the electrode pad on the electrode pad forming surface on the outer surface of the package, it is possible to suppress damage to the electrode pad for circuit element bonding or external connection terminal bonding. The terminal or the electrode pad and the external connection terminal such as a conductor ball can be reliably joined. In particular, for example, in GGI bonding in which a gold layer on the electrode pad surface and a gold layer or a gold bump of a circuit element are bonded to each other, an electrode surface free from scratches can be secured in both the gold layers, and the reliability of bonding. Can be secured.

さらに、水晶発振器の多機能化を図るべく外部接続端子の個数を増大させようとしたり、水晶発振器の更なる小型化を図ろうとする場合において、外部接続端子の１個当たりに確保できる面積が小さくなったとしても、複数個の外部接続端子の存在によってパッケージに対する接続強度が十分に確保され、圧電振動デバイスの動作の信頼性を高く確保することができる。   Furthermore, when trying to increase the number of external connection terminals in order to increase the number of functions of the crystal oscillator or to further reduce the size of the crystal oscillator, the area that can be secured per external connection terminal is small. Even if it becomes, the connection strength with respect to the package is sufficiently ensured by the presence of the plurality of external connection terminals, and the reliability of the operation of the piezoelectric vibration device can be ensured high.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、表面実装型の温度補償型水晶発振器に本発明を適用した場合について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a surface mount type temperature compensated crystal oscillator will be described.

図１は本実施形態に係る水晶発振器の一部分解断面図であり、図２は図１において回路素子等を接合した状態を示す断面図であり、図３は突起構成を示す拡大図、図４は水晶発振器の底面図である。これら図に示すように、本温度補償型水晶発振器は、チップ型の水晶振動子１と、この水晶振動子１の裏面の中央部分（本発明でいう素子取付領域）に取り付けられる回路素子としてのＩＣ４１とを備えた構成となっている。   1 is a partially exploded cross-sectional view of the crystal oscillator according to the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which circuit elements and the like are joined in FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged view showing a protrusion configuration, and FIG. FIG. 3 is a bottom view of the crystal oscillator. As shown in these drawings, the temperature-compensated crystal oscillator includes a chip-type crystal resonator 1 and circuit elements that are attached to the center portion (element mounting region in the present invention) of the back surface of the crystal resonator 1. The configuration includes an IC 41.

水晶振動子１は、セラミックパッケージ１０と、このセラミックパッケージ１０の中に収納される圧電振動素子としての水晶振動板３と、セラミックパッケージ１０の内部を気密封止するフタ２とを備えている。セラミックパッケージ１０は、アルミナ等のセラミックスからなり、上部が開口した直方体形状であって、開口縁部の全周囲に亘ってタングステン、ニッケル等からなる金属層１１がメタライズ技術、メッキ技術を用いて形成されている。尚、この金属層１１に代えてコバール材等の金属リングを用いてもよい。また、このセラミックパッケージ１０の内部には水晶振動板３を電気的且つ機械的に接合する支持電極１２，１３（１３は図示せず）が形成されており、これら各支持電極１２，１３は周知のセラミック積層技術を用いた内部配線を介してセラミックパッケージ１０の裏面１０ａ（パッケージ外表面）の圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａに引き出されている。この圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａの詳細構成については後述する。尚、本形態の水晶振動子１は、直方体形状であって、長辺側寸法が５．０mm、短辺側寸法が３．２mm、高さ寸法が０．７５mmとなっている。水晶振動子１の形状及び各部の寸法はこれに限るものではない。   The crystal resonator 1 includes a ceramic package 10, a crystal vibration plate 3 as a piezoelectric vibration element housed in the ceramic package 10, and a lid 2 that hermetically seals the inside of the ceramic package 10. The ceramic package 10 is made of ceramics such as alumina and has a rectangular parallelepiped shape with an opening at the top, and a metal layer 11 made of tungsten, nickel, or the like is formed by metallization technology or plating technology over the entire periphery of the opening edge. Has been. A metal ring such as a kovar material may be used in place of the metal layer 11. Further, support electrodes 12 and 13 (13 are not shown) for electrically and mechanically joining the crystal diaphragm 3 are formed in the ceramic package 10, and these support electrodes 12 and 13 are well known. This is led out to the piezoelectric element electrode pads 12a and 13a on the back surface 10a (the outer surface of the package) of the ceramic package 10 through the internal wiring using the ceramic lamination technique. The detailed configuration of the piezoelectric element electrode pads 12a and 13a will be described later. The crystal resonator 1 of the present embodiment has a rectangular parallelepiped shape, and has a long side dimension of 5.0 mm, a short side dimension of 3.2 mm, and a height dimension of 0.75 mm. The shape of the crystal unit 1 and the dimensions of each part are not limited to this.

また、セラミックパッケージ１０の裏面１０ａには、ＩＣ４１の各電極パッド４２，４２，．．．（図１参照）に対応した位置に複数の回路素子用電極パッド１６，１６，．．．が形成されている。これら各回路素子用電極パッド１６，１６，．．．は、ＩＣ４１が取り付けられた状態ではこのＩＣ４１によって覆い隠される。これら回路素子用電極パッド１６，１６，．．．にはＩＣ４１上の各電極パッド４２，４２，．．．が接続されるとともに、水晶振動子１の長手方向両側に引き出された外部接続用電極パッド１７，１７，．．．が電気的に接続されている。この外部接続用電極パッド１７及びその周辺の詳細構成については後述する。なお、上記ＩＣ４１には、帰還増幅器の他に温度補償回路の一部を構成する回路素子が形成されている。   Further, the electrode pad 42, 42,. . . (See FIG. 1), a plurality of circuit element electrode pads 16, 16,. . . Is formed. These circuit element electrode pads 16, 16,. . . Is covered by the IC 41 when the IC 41 is attached. These circuit element electrode pads 16, 16,. . . , Each electrode pad 42, 42,. . . Are connected to each other, and the external connection electrode pads 17, 17,. . . Are electrically connected. The detailed configuration of the external connection electrode pad 17 and its periphery will be described later. In addition to the feedback amplifier, the IC 41 is formed with circuit elements that constitute a part of the temperature compensation circuit.

水晶振動板３は矩形状のＡＴカット水晶板であり、表裏面に励振電極（図示せず）が形成され、それぞれ支持電極１２，１３に導電性接合材Sにより接続されるよう一端部に引き出されている。   The quartz diaphragm 3 is a rectangular AT-cut quartz plate. Excitation electrodes (not shown) are formed on the front and back surfaces, and are pulled out to one end so as to be connected to the support electrodes 12 and 13 by the conductive bonding material S, respectively. It is.

フタ２は金属板あるいはセラミック板等からなり、上記金属層１１に対応して、ニッケル等からなる金属層２１が形成されている。セラミックパッケージ１０とフタ２は不活性ガス雰囲気中あるいは減圧雰囲気中で前記金属層１１と金属層１２を溶融させることにより気密接合される。接合方法はフタが金属板の場合、周知のシーム溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接等を用いることができる。また、フタ２がセラミック板の場合にはガラス封止や樹脂封止による接合方法が採用される。   The lid 2 is made of a metal plate, a ceramic plate, or the like, and a metal layer 21 made of nickel or the like is formed corresponding to the metal layer 11. The ceramic package 10 and the lid 2 are hermetically bonded by melting the metal layer 11 and the metal layer 12 in an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere. As the joining method, when the lid is a metal plate, known seam welding, laser welding, electron beam welding, or the like can be used. When the lid 2 is a ceramic plate, a bonding method using glass sealing or resin sealing is employed.

ＩＣ４１の電極パッド４２，４２，・・・各々の上面には、金からなるバンプが形成されている。これらバンプ４２ａ，４２ａ，・・・は例えばワイヤーボンディング技術を用いてボール状バンプを形成することにより得ることができる。   Bumps made of gold are formed on the upper surfaces of the electrode pads 42, 42,. These bumps 42a, 42a,... Can be obtained, for example, by forming ball-shaped bumps using a wire bonding technique.

次に、本形態の特徴部分である上記圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａ、回路素子用電極パッド１６及び突起１５等の構成について説明する。図１は水晶発振器の作製工程においてセラミックパッケージ１０の裏面１０ａに複数の回路素子用電極パッド１６，１６，．．．と圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａと外部接続用電極パッド１７と突起１５が形成された状態を示している。図４は、セラミックパッケージ１０の裏面１０ａにＩＣ４１が取り付けられ且つ所定位置に外部接続端子５１が形成された状態を示す底面からみた状態を示している。   Next, the structure of the piezoelectric element electrode pads 12a and 13a, the circuit element electrode pad 16, the protrusion 15 and the like, which are characteristic portions of the present embodiment, will be described. 1 shows a plurality of circuit element electrode pads 16, 16,... On a back surface 10a of a ceramic package 10 in a crystal oscillator manufacturing process. . . The electrode pads 12a and 13a for the piezoelectric elements, the electrode pads 17 for external connection and the protrusions 15 are formed. FIG. 4 shows a state seen from the bottom surface showing a state in which the IC 41 is attached to the back surface 10a of the ceramic package 10 and the external connection terminals 51 are formed at predetermined positions.

これら図に示すように、セラミックパッケージ１０の裏面１０ａに形成される複数の回路素子用電極パッド１６，１６，．．．は、ＩＣ４１上の各電極パッド４２，４２，．．．の形成位置に対応してそれぞれ形成されている。   As shown in these drawings, a plurality of circuit element electrode pads 16, 16,. . . Are each electrode pads 42, 42,. . . Are formed in correspondence with the formation positions of.

また、圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａは、上記支持電極１２，１３に対応して２箇所に形成されており、その電極高さ寸法は、上記圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａの高さ寸法よりも僅かに大きく設定されている。具体的には、圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａの高さ寸法は３０μｍ程度に、回路素子用電極パッド１６の高さ寸法は１５μｍ程度に設定されている。尚、これら各電極パッドは、周知の印刷法あるいはフォトリソグラフィー技術を用いて形成される。   The piezoelectric element electrode pads 12a and 13a are formed at two locations corresponding to the support electrodes 12 and 13, and the electrode height dimension is the height dimension of the piezoelectric element electrode pads 12a and 13a. It is set slightly larger than. Specifically, the height dimension of the piezoelectric element electrode pads 12a and 13a is set to about 30 μm, and the height dimension of the circuit element electrode pad 16 is set to about 15 μm. Each of these electrode pads is formed using a known printing method or photolithography technique.

このように、圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａの高さ寸法を回路素子用電極パッド１６の高さ寸法よりも僅かに大きく設定したことにより、ＩＣ４１を取り付ける前の水晶振動子１の検査時（プロービング検査時）にあっては、検査装置の電極上に水晶振動子１を載置することで圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａのみを検査装置の電極に接触させることが可能となる。つまり、圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａが回路素子用電極パッド１６，１６，．．．よりも下方に突出しているため、この圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａのみを検査装置の電極に接触させることができる。その結果、水晶振動子１の検査時の作業性の向上を図ることができる。なお、圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａについては後述の半田ボール等からなる外部接続端子は形成されない。   As described above, the height dimension of the piezoelectric element electrode pads 12a and 13a is set slightly larger than the height dimension of the circuit element electrode pad 16, so that the crystal resonator 1 before the IC 41 is mounted can be inspected ( In the case of probing inspection), by placing the crystal resonator 1 on the electrode of the inspection device, only the piezoelectric element electrode pads 12a and 13a can be brought into contact with the electrode of the inspection device. That is, the piezoelectric element electrode pads 12a, 13a are connected to the circuit element electrode pads 16, 16,. . . Therefore, only the piezoelectric element electrode pads 12a and 13a can be brought into contact with the electrodes of the inspection apparatus. As a result, it is possible to improve workability at the time of inspecting the crystal unit 1. The piezoelectric element electrode pads 12a and 13a are not formed with external connection terminals made of solder balls, which will be described later.

そして、外部接続端子５１は、図４に示すように、半田材料より成る半田ボールにより構成されている。つまり、この半田ボールを介して水晶振動子１が図示しない実装基板に接続されて成るＢＧＡ基板構造が構成されている。以下、この外部接続端子５１について詳述する。   And the external connection terminal 51 is comprised with the solder ball which consists of a solder material, as shown in FIG. That is, a BGA substrate structure in which the crystal resonator 1 is connected to a mounting substrate (not shown) via the solder balls is configured. Hereinafter, the external connection terminal 51 will be described in detail.

セラミックパッケージ１０の裏面１０ａには外部接続端子（半田ボール）５１を半田付けするためのベースとなる平面視円形状の複数の外部接続用電極パッド１７，１７，．．．が形成されており、これら外部接続用電極パッド１７，１７，．．．上に半田ボールがそれぞれ半田付けされて外部接続端子５１が構成されている。この外部接続用電極パッド１７，１７，．．．も周知の印刷法あるいはフォトリソグラフィー技術を用いて形成される。   A plurality of external connection electrode pads 17, 17,... Having a circular shape in a plan view as a base for soldering external connection terminals (solder balls) 51 to the back surface 10 a of the ceramic package 10. . . Are formed, and these external connection electrode pads 17, 17,. . . The external connection terminals 51 are configured by soldering solder balls on the solder balls. The external connection electrode pads 17, 17,. . . Is also formed using a known printing method or photolithography technique.

また、外部接続用電極パッドの近傍に突起１５，１５が形成されている。当該突起は金属材料を積層した構成であり、前述の回路素子用電極パッド１６や外部接続用電極パッド１７よりもその全高が高く設定されている。本実施の形態においては、図３に示すように外部接続用電極パッド１７においては、下部金属層としてメタライズ等によりタングステン１７ａを１層形成しているのに対し、突起１５においてはタングステン１５ａ，１５ｂの２層構成としており、当該構成により高さを異ならせており、寸法差ｈを得ている。当該タングステン層上にそれぞれ同じ厚さのニッケル層１５ｃ、１７ｃ、金層１５ｄ、１７ｄをメッキ等の手段により形成している。本実施の形態においては当該突起１５、１５は圧電素子用電極パッドとほぼ同様の高さに設定しており、これら突起１５、１５と圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａにより相対的に低い位置にある回路素子用電極パッド１６や外部接続用電極パッド１７が直接パーツフィーダー等の搬送装置に接触しないように構成されている。すなわち、本実施の形態においては突起１５と圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａが回路素子用電極パッド１６や外部接続用電極パッド１７を保護する突起の役割を担っている。なお、この突起１５，１５についても前述の圧電素子用電極パッドと同様に半田ボール等からなる外部接続端子は形成されない。   Protrusions 15 are formed in the vicinity of the external connection electrode pads. The protrusion has a structure in which metal materials are laminated, and its overall height is set higher than the above-described circuit element electrode pad 16 and external connection electrode pad 17. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, in the external connection electrode pad 17, one layer of tungsten 17a is formed as a lower metal layer by metallization or the like, whereas in the protrusion 15, tungsten 15a, 15b is formed. The height is varied depending on the configuration, and a dimensional difference h is obtained. On the tungsten layer, nickel layers 15c and 17c and gold layers 15d and 17d having the same thickness are formed by means such as plating. In the present embodiment, the protrusions 15 and 15 are set to substantially the same height as the piezoelectric element electrode pads, and the protrusions 15 and 15 and the piezoelectric element electrode pads 12a and 13a are positioned relatively low. A certain circuit element electrode pad 16 and external connection electrode pad 17 are configured not to directly contact a conveying device such as a parts feeder. That is, in the present embodiment, the protrusion 15 and the piezoelectric element electrode pads 12a and 13a serve as protrusions for protecting the circuit element electrode pad 16 and the external connection electrode pad 17. As for the protrusions 15 and 15, no external connection terminal made of a solder ball or the like is formed as in the above-described electrode pad for piezoelectric elements.

また、半田ボールの各外部接続用電極パッド１７への搭載及びこの外部接続用電極パッド１７への半田付けは周知のＢＧＡ技術を用いて行われる。例えば各外部接続用電極パッド１７に対応した供給孔を備えた供給装置を利用し、半田ボールをこの供給孔を経て１個ずつ外部接続用電極パッド１７上に搭載し、リフロー等により半田ボールの一部を溶融して外部接続用電極パッド１７上に半田付けする。また、上記外部接続用電極パッド１７の高さ寸法は、上記回路素子用電極パッド１６の高さ寸法と略一致、つまり、圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａの高さ寸法よりも僅かに小さく設定されている。   The solder balls are mounted on the external connection electrode pads 17 and soldered to the external connection electrode pads 17 by using a well-known BGA technique. For example, using a supply device having a supply hole corresponding to each external connection electrode pad 17, solder balls are mounted one by one on the external connection electrode pad 17 through the supply hole, and solder balls are formed by reflow or the like. A part is melted and soldered onto the external connection electrode pad 17. The height dimension of the external connection electrode pad 17 is substantially the same as the height dimension of the circuit element electrode pad 16, that is, slightly smaller than the height dimension of the piezoelectric element electrode pads 12a and 13a. Has been.

また、ここで使用される半田ボールの直径は、ＩＣ４１の高さ寸法と、セラミックパッケージ１０の裏面１０ａにＩＣ４１が取り付けられた状態におけるこの裏面１０ａとＩＣ４１との間の隙間寸法との和よりも大きく設定されている。つまり、図２に示すようにセラミックパッケージ１０の裏面１０ａにＩＣ４１が取り付けられ且つ所定位置に外部接続端子５１が形成された状態にあっては、外部接続端子５１の下端（半田ボールの下端）がＩＣ４１の下面よりも下側に位置しているように半田ボールの直径が選択される。具体的には、ＩＣ４１の高さ寸法は１５０μｍ、セラミックパッケージ１０の裏面１０ａにＩＣ４１が取り付けられた状態におけるこの裏面１０ａとＩＣ４１との間の隙間寸法は３０μｍである。そして、半田ボールとしては直径が４００μｍのものを採用している。これら寸法はこれに限るものではない。   The diameter of the solder ball used here is larger than the sum of the height dimension of the IC 41 and the gap dimension between the back surface 10a and the IC 41 when the IC 41 is attached to the back surface 10a of the ceramic package 10. It is set large. That is, as shown in FIG. 2, when the IC 41 is attached to the back surface 10a of the ceramic package 10 and the external connection terminal 51 is formed at a predetermined position, the lower end of the external connection terminal 51 (the lower end of the solder ball) is The diameter of the solder ball is selected so that it is located below the lower surface of the IC 41. Specifically, the height dimension of the IC 41 is 150 μm, and the gap dimension between the back surface 10 a and the IC 41 in a state where the IC 41 is attached to the back surface 10 a of the ceramic package 10 is 30 μm. A solder ball having a diameter of 400 μm is used. These dimensions are not limited to this.

また、セラミックパッケージ１０の裏面１０ａにＩＣ４１が取り付けられた後、このセラミックパッケージ１０とＩＣ４１との間に形成されている空間には、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂が充填される（図示省略）。この樹脂材料の充填により、ＩＣ４１の保護及びセラミックパッケージ１０に対するＩＣ４１の接合強度を高く維持できるようにしている。なお、当該樹脂材料の充填は必ずしも必要とするものではなく、必要に応じて設ければよい。   In addition, after the IC 41 is attached to the back surface 10a of the ceramic package 10, a space formed between the ceramic package 10 and the IC 41 is filled with an insulating resin such as an epoxy resin (not shown). By filling the resin material, the protection of the IC 41 and the bonding strength of the IC 41 to the ceramic package 10 can be maintained high. Note that the resin material is not necessarily filled, and may be provided as necessary.

また、図４に示すように、セラミックパッケージ１０の裏面１０ａにおけるＩＣ４１の取り付け位置の両側（図４における左右両側）の２箇所にはシート状の絶縁材７，７が取り付けられている。そして、この絶縁材７には、上記圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａの形成位置、外部接続用電極パッド１７，１７，．．．の形成位置にそれぞれ対向して円形の開口が形成されている。つまり、圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａ及び外部接続用電極パッド１７，１７，．．．をこの開口に臨ませることにより、外部機器（検査器や実装基板）への接続可能にすると共に、互いに隣り合う圧電素子用電極パッド１２ａ，１３ａや外部接続端子５１，５１，．．．がショートしてしまうことを阻止できるようになっている。   As shown in FIG. 4, sheet-like insulating materials 7 and 7 are attached to two places on both sides (left and right sides in FIG. 4) of the attachment position of the IC 41 on the back surface 10 a of the ceramic package 10. The insulating material 7 is provided with the position of the piezoelectric element electrode pads 12a, 13a, the external connection electrode pads 17, 17,. . . A circular opening is formed to face each of the formation positions. That is, the piezoelectric element electrode pads 12a, 13a and the external connection electrode pads 17, 17,. . . Is allowed to connect to an external device (inspector or mounting board), and the piezoelectric element electrode pads 12a, 13a and the external connection terminals 51, 51,. . . Can be prevented from short-circuiting.

以上説明したように、本形態では、外部接続端子５１として半田ボールを採用し、水晶発振器が実装基板に搭載された状態では、この水晶発振器のセラミックパッケージ１０と実装基板との間に形成された空間にＩＣ４１が配置されるようにしている。このため、セラミックパッケージ１０の外面に形成された外部接続端子５１が直接的に実装基板に取り付けられるため、従来技術において必要であった台座が必要無くなり、水晶発振器全体としての部品点数を削減しながらも水晶振動子１とＩＣ４１とを一体化することができる。   As described above, in the present embodiment, solder balls are used as the external connection terminals 51, and when the crystal oscillator is mounted on the mounting substrate, the crystal is formed between the ceramic package 10 of the crystal oscillator and the mounting substrate. The IC 41 is arranged in the space. For this reason, since the external connection terminal 51 formed on the outer surface of the ceramic package 10 is directly attached to the mounting substrate, the pedestal required in the prior art is not necessary, and the number of parts as a whole crystal oscillator is reduced. In addition, the crystal unit 1 and the IC 41 can be integrated.

また、水晶発振器が実装された状態ではＩＣ４１がセラミックパッケージ１０と実装基板との間に位置することで外部から保護されることになり、個別の保護手段は必要ない。   Further, when the crystal oscillator is mounted, the IC 41 is protected from the outside by being positioned between the ceramic package 10 and the mounting substrate, and no separate protection means is necessary.

更に、水晶発振器の多機能化を図るべく外部接続端子５１の個数を増大させようとしたり、水晶発振器の更なる小型化を図ろうとする場合において、外部接続端子５１の１個当たりに確保できる面積が小さくなったとしても、上記半田ボールの採用により個々の外部接続端子５１の高さ寸法が比較的大きく得られ、セラミックパッケージ１０に対する外部接続端子５１の接続強度を十分に確保することができる。   Furthermore, when the number of the external connection terminals 51 is increased in order to increase the number of functions of the crystal oscillator, or when further miniaturization of the crystal oscillator is attempted, an area that can be secured per one of the external connection terminals 51. Even when the size of the external connection terminal 51 is reduced, the use of the solder balls allows the height of the individual external connection terminals 51 to be relatively large, and the connection strength of the external connection terminals 51 to the ceramic package 10 can be sufficiently secured.

上述した実施形態では、水晶振動子１の長手方向両側に端子形成領域を形成し、これら端子形成領域の間の素子取付領域に１個のＩＣ４１を取り付けた場合について説明した。本発明はこれに限らず、素子取付領域に複数個のＩＣ等の回路素子を取り付けたり、水晶振動子１の長手方向両側だけでなく、水晶振動子１の幅方向の両側や、幅方向の片側に端子形成領域を形成する構成を採用してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the terminal formation regions are formed on both sides in the longitudinal direction of the crystal unit 1 and one IC 41 is attached to the element attachment region between these terminal formation regions has been described. The present invention is not limited to this, and a plurality of circuit elements such as ICs may be attached to the element attachment region, or not only on both sides in the longitudinal direction of the crystal unit 1 but also on both sides in the width direction of the crystal unit 1 or in the width direction. You may employ | adopt the structure which forms a terminal formation area | region in one side.

また、セラミックパッケージ１０の内部に凹部を形成しておき、この凹部内にＩＣを配置する構成としてもよい。この場合、セラミックパッケージ１０の外面及びその内部に配設される部品としては、ＩＣに限らず、一方を周波数調整用の回路部品などの他の部品としてもよい。また、セラミックパッケージ１０の内部に、互いに発振周波数の異なる複数の水晶振動板３を収容しておき、上述の如くセラミックパッケージ１０の内外に個別に配置されたＩＣ４１，４１をそれぞれ各水晶振動板専用のＩＣとして機能させることも可能である。   Further, a recess may be formed inside the ceramic package 10 and an IC may be arranged in the recess. In this case, the outer surface of the ceramic package 10 and the components disposed inside the ceramic package 10 are not limited to the IC, and one of the components may be another component such as a frequency adjusting circuit component. In addition, a plurality of crystal diaphragms 3 having different oscillation frequencies are accommodated in the ceramic package 10, and the ICs 41 and 41 individually arranged inside and outside the ceramic package 10 as described above are dedicated to each crystal diaphragm. It is also possible to function as an IC.

更に、上記実施形態では、外部接続端子５１として半田ボールを採用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、平板状端子であってその高さ寸法をＩＣ４１の高さ寸法よりも大きく設定したものや、四角錐形状の端子であってその高さ寸法をＩＣ４１の高さ寸法よりも大きく設定したものなども採用可能である。   Furthermore, in the above embodiment, the case where solder balls are employed as the external connection terminals 51 has been described. The present invention is not limited to this, but is a flat terminal whose height is set larger than the height of the IC 41, or a quadrangular pyramid-shaped terminal whose height is the height of the IC 41. It is possible to adopt a larger setting.

また、外部接続端子６０として半田ボールに代えてその他の導体ボール（導電性を有する材料より成る球状体）を採用することも可能である。例えば、半田材料以外の金属材料により構成されるボールや、セラミックや樹脂等で構成されるコアの表面に導電性材料を被覆したものであってもよい。この導電性被覆材としては金属メッキやペースト状導体等が採用可能である。   In addition, other conductive balls (spherical bodies made of a conductive material) can be employed as the external connection terminals 60 in place of the solder balls. For example, a ball made of a metal material other than a solder material, or a core made of ceramic or resin may be coated with a conductive material. As the conductive coating material, metal plating, a paste-like conductor, or the like can be used.

また、本発明は、フィルタマッチング回路を付加した表面実装型水晶フィルタへの適用も可能である。   Further, the present invention can be applied to a surface mount type crystal filter to which a filter matching circuit is added.

加えて、本発明は、水晶発振器に限らず、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどを使用した圧電振動子を備えた圧電振動デバイスや、その他種々の電子部品への適用も可能である。   In addition, the present invention can be applied not only to a crystal oscillator but also to a piezoelectric vibration device including a piezoelectric vibrator using lithium niobate or lithium tantalate, and other various electronic components.

水晶振動子、水晶フィルタ等の水晶振動デバイスや光学用素子などとして使用される人工水晶の量産に適用できる。   The present invention can be applied to mass production of quartz crystal devices such as crystal resonators and crystal filters, and artificial crystals used as optical elements.

実施形態に係る水晶発振器の一部分解断面図である。It is a partial exploded sectional view of the crystal oscillator concerning an embodiment. 実施形態に係る水晶発振器の断面図である。It is sectional drawing of the crystal oscillator which concerns on embodiment. 突起構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows a protrusion structure. 実施形態に係る水晶発振器の底面図である。It is a bottom view of the crystal oscillator concerning an embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 水晶振動子
１０ セラミックパッケージ
１０ａ 裏面（外面）
１２ａ，１３ａ 圧電素子用電極パッド
１５ 突起
１６ 回路素子用電極パッド
１７ 外部接続用電極パッド
３ 水晶振動板（圧電素子）
４１ ＩＣ（回路素子）
４２ 電極パッド
４２ａ バンプ
５１ 外部接続端子（半田ボール）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal resonator 10 Ceramic package 10a Back surface (outer surface)
12a, 13a Electrode pad 15 for piezoelectric element 15 Protrusion 16 Electrode pad 17 for circuit element External connection electrode pad 3 Crystal diaphragm (piezoelectric element)
41 IC (circuit element)
42 Electrode pad 42a Bump 51 External connection terminal (solder ball)

Claims (1)

パッケージ内部に圧電振動素子が収納され、パッケージ外表面に回路素子接続用の電極パッドと外部接続端子用の電極パッドを形成した圧電振動デバイスであって、この圧電振動デバイスの前記各電極パッドに回路素子と外部接続端子を取り付け、かつ上記外部接続端子のパッケージ外面からの突出寸法を回路素子の高さ寸法よりも大きく設定するとともに、パッケージ外表面の電極パッド形成面には、当該電極パッドより高い突起を形成したことを特徴とする圧電振動デバイス。

A piezoelectric vibration device in which a piezoelectric vibration element is housed inside a package, and an electrode pad for connecting a circuit element and an electrode pad for an external connection terminal are formed on the outer surface of the package, and a circuit is provided on each electrode pad of the piezoelectric vibration device. The element and the external connection terminal are attached, and the protruding dimension of the external connection terminal from the package outer surface is set larger than the height dimension of the circuit element, and the electrode pad forming surface on the package outer surface is higher than the electrode pad. A piezoelectric vibration device having protrusions formed thereon.

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