JP2008193175A - Piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電デバイスに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric device.
近年、携帯機器などの高機能化にともない、それに使われる圧電デバイスに対する高安定化、高精度化への要求も強くなってきており、圧電デバイスの高安定化、高精度化を実現するために、圧電振動子と回路素子を組み合わせた圧電デバイスが用いられるようになってきている。 In recent years, with the enhancement of functions of portable devices, the demand for high stability and high accuracy of the piezoelectric devices used in such devices has increased, and in order to achieve high stability and high accuracy of piezoelectric devices. A piezoelectric device combining a piezoelectric vibrator and a circuit element has been used.
このような高安定、高精度の圧電デバイスを得るため、例えば特許文献1に示すような圧電デバイスが開示されている。図3は従来例における圧電デバイスの構造を示す図であり、(a)は(b)のB−B線における平面断面図であり、(b)は(a)のA−A線における側面断面図である。以下、従来の圧電デバイスについて図を用いて説明する。 In order to obtain such a highly stable and highly accurate piezoelectric device, for example, a piezoelectric device as disclosed in Patent Document 1 is disclosed. 3A and 3B are diagrams showing a structure of a conventional piezoelectric device, wherein FIG. 3A is a plan sectional view taken along line BB in FIG. 3B, and FIG. 3B is a side sectional view taken along line AA in FIG. FIG. Hereinafter, a conventional piezoelectric device will be described with reference to the drawings.
圧電デバイス100は、半導体基板からなるパッケージ101の下面に集積回路素子の回路パターン102を形成し、前記パッケージ101の上面に圧電振動片107を実装するキャビティ103を形成して、キャビティ103の内部に圧電振動片107を実装したものである。
In the
パッケージ101は、キャビティ103の内底面に圧電振動片107を搭載するためのマウント電極106が形成されており、このマウント電極106と回路パターン102を接続するためにキャビティ103の内底面から回路パターン102にかけて貫通電極104が形成されている。また、パッケージ101の下面に形成された回路パターン102の表面には、回路パターン102と外部回路基板との電気的な接続に利用される外部接続端子105が形成されている。回路パターン102としては、圧電振動片107を動作させる帰還増幅回路のパターンや、周辺温度の変化による周波数変化を低減させるための温度補償回路のパターン、外部からの制御電圧によって出力周波数を変化させるための電圧制御回路のパターンが形成されている。
また、圧電振動片107の表面には励振電極108と接続電極109が形成されており、パッケージ101に形成されたマウント電極106と接続電極109とを導電性接着剤110により接合することで、圧電振動片107と回路パターン102を接続している。
In the
In addition, an
圧電デバイス100は、このようにパッケージ101のキャビティ103内に圧電振動片107が搭載された状態で、キャビティ103の開口部に蓋体111が装着され完成される。蓋体111は、コバール等の金属材料やガラス材料によって構成されており、蓋体111の装着は、キャビティ103の開口周縁部の全周に接着剤112を塗布し、蓋体111を接着することによって行う。なお、蓋体111の装着を窒素雰囲気または真空雰囲気で行うことにより、キャビティ103の内部を窒素雰囲気または真空雰囲気に気密封止される。
The
圧電デバイスの特性を高安定化、高精度化するために、水晶発振子の持つ温度特性を電気的に補正した温度補償型の圧電デバイスが広く普及しているが、このような温度補償型の圧電デバイスには、回路素子に圧電振動片の温度特性を補償するための制御データを入力する必要がある。圧電デバイスに前記制御データを入力するための手段としては、圧電デバイスの表面上に回路素子と電気的に接続された制御データ入出力用の入出力端子を形成し、この入出力端子より制御データを回路素子に入力することが行われている。また、前記入出力端子は、回路素子に入力された制御データをもとに得られる圧電デバイスの特性データを出力し、特性検査に利用することも可能となっている。
ここで、半導体基板に回路素子が形成されたパッケージに圧電振動片を搭載した特許文献1に示されるような圧電デバイスについては、前記制御データを回路素子に入力するための手段の記載がなく、温度補償型のような高精度の圧電デバイスを実現するための構成が十分に開示されていない。
したがって、本発明は回路素子が形成された半導体基板に圧電振動片を搭載した圧電デバイスにおいて、制御データを入出力することが可能な小型で高精度な圧電デバイスを提供するためのものである。
In order to make the characteristics of piezoelectric devices highly stable and accurate, temperature-compensated piezoelectric devices that electrically correct the temperature characteristics of crystal resonators are widely used. In the piezoelectric device, it is necessary to input control data for compensating the temperature characteristic of the piezoelectric vibrating piece into the circuit element. As means for inputting the control data to the piezoelectric device, an input / output terminal for control data input / output electrically connected to a circuit element is formed on the surface of the piezoelectric device, and the control data is input from the input / output terminal. Is input to the circuit element. Further, the input / output terminal outputs characteristic data of the piezoelectric device obtained based on the control data input to the circuit element, and can be used for characteristic inspection.
Here, there is no description of means for inputting the control data to the circuit element for the piezoelectric device as shown in Patent Document 1 in which the piezoelectric vibrating piece is mounted on the package in which the circuit element is formed on the semiconductor substrate. A configuration for realizing a highly accurate piezoelectric device such as a temperature compensation type is not sufficiently disclosed.
Therefore, the present invention is to provide a small and highly accurate piezoelectric device capable of inputting / outputting control data in a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is mounted on a semiconductor substrate on which circuit elements are formed.
上記目的を達成するため、本発明の圧電デバイスは、半導体基板の第1の主面に圧電振動片が搭載され、前記圧電振動片が搭載されていない前記半導体基板の第2の主面には回路素子が形成されており、前記圧電振動片と前記回路素子は、前記半導体基板を貫通して前記第1の主面と第2の主面を接続する貫通電極により電気的に接続され、前記半導体基板の第2の主面側には、前記回路素子への制御データの入力または前記圧電デバイスの特性データを出力するための入出力端子、および外部回路基板との接続に利用される外部接続端子が、前記回路素子と電気的に接続され形成されており、前記半導体基板の第1の主面に蓋体を取着し前記圧電振動片を封止した圧電デバイスとする。 In order to achieve the above object, a piezoelectric device of the present invention has a piezoelectric vibrating piece mounted on a first main surface of a semiconductor substrate, and a second main surface of the semiconductor substrate on which the piezoelectric vibrating piece is not mounted. A circuit element is formed, and the piezoelectric vibrating piece and the circuit element are electrically connected by a through electrode that penetrates the semiconductor substrate and connects the first main surface and the second main surface, An input / output terminal for inputting control data to the circuit element or outputting characteristic data of the piezoelectric device and an external connection used for connection to an external circuit board are provided on the second main surface side of the semiconductor substrate. A terminal is formed so as to be electrically connected to the circuit element, and a lid is attached to the first main surface of the semiconductor substrate to seal the piezoelectric vibrating piece.
さらに、前記回路素子上には前記回路素子と電気的に接続された配線を含む多層配線層が形成されており、前記入出力端子および前記外部接続端子は前記多層配線層の所定の配線を介して前記回路素子と接続されている圧電デバイスとする。 Further, a multilayer wiring layer including a wiring electrically connected to the circuit element is formed on the circuit element, and the input / output terminal and the external connection terminal are connected via a predetermined wiring of the multilayer wiring layer. The piezoelectric device is connected to the circuit element.
さらに、前記入出力端子と接続される前記多層配線層の所定の配線の表面部は、一部を除き前記配線を覆うように絶縁層が形成されており、前記絶縁層に覆われない前記配線が前記入出力端子であることを特徴とする請求項3に記載の圧電デバイスとする。 Further, an insulating layer is formed on the surface portion of the predetermined wiring of the multilayer wiring layer connected to the input / output terminal so as to cover the wiring except for a part thereof, and the wiring not covered by the insulating layer The piezoelectric device according to claim 3, wherein the piezoelectric device is the input / output terminal.
さらに、前記入出力端子の表面は前記外部接続端子の表面に対して前記半導体基板側に位置する圧電デバイスとする。 Furthermore, the surface of the input / output terminal is a piezoelectric device positioned on the semiconductor substrate side with respect to the surface of the external connection terminal.
さらに、前記入出力端子と前記外部接続端子は、その表面がそれぞれ異なる材料で形成されている圧電デバイスとする。 Furthermore, the input / output terminals and the external connection terminals are piezoelectric devices whose surfaces are formed of different materials.
前記外部接続端子は、その表面が金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、銅(Cu)のうち少なくとも一種類を主成分とする材料で構成されている圧電デバイスとする。 The surface of the external connection terminal is gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), iridium (Ir), osmium (Os), copper The piezoelectric device is made of a material mainly composed of at least one of (Cu).
前記入出力端子は、その表面がアルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)のうち少なくとも一種類を主成分とする材料で構成されている圧電デバイスとする。 The input / output terminal is a piezoelectric device whose surface is made of a material mainly composed of at least one of aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), and nickel (Ni).
前記半導体基板は平板状であり、前記圧電振動片を覆うための凹部が形成された蓋体を前記半導体基板の第一の主面に取着して前記圧電振動片を封止した圧電デバイスとする。 The semiconductor substrate has a flat plate shape, and a piezoelectric device in which a lid having a recess for covering the piezoelectric vibrating piece is attached to a first main surface of the semiconductor substrate and the piezoelectric vibrating piece is sealed To do.
本発明によれば、制御データを入出力することが可能な小型で高精度な圧電デバイスが実現できる。 According to the present invention, a small and highly accurate piezoelectric device capable of inputting and outputting control data can be realized.
本発明の最良の実施形態について図1および図4を用いて説明する。 The best embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本発明の一実施例における圧電デバイスの構造を示す図であり、(a)は(b)のA−A線における平面断面図であり、(b)は(c)のB−B線における側面断面図であり、(c)は下面図である。 1A and 1B are diagrams showing the structure of a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan sectional view taken along line AA in FIG. 1B, and FIG. It is side surface sectional drawing in a line, (c) is a bottom view.
11は、シリコンを主成分とする平板の半導体基板11である。半導体基板11の第1の主面には圧電振動片13を駆動させ、発振を制御するための回路パターンよりなる回路素子12が形成され、この回路素子12が形成された半導体基板11の主面と対向する他方の主面に圧電振動片13を搭載するためのマウント電極14が形成されている。回路素子12とマウント電極14とは、半導体基板11を貫通する貫通電極15により電気的に接続されている。また回路素子12上には、前記回路素子12と電気的に接続された配線と絶縁層からなる多層配線層23が形成されており、前記回路素子12と接続され外部回路基板と回路素子12の接続に利用される外部接続端子16と、回路素子12に圧電振動片13の制御データを入力あるいは圧電振動片13の特性を出力するための入出力端子17が形成されている。
圧電振動片13は、その表面に励振電極18および接続電極19が蒸着等の手段により形成されており、半導体基板11に形成されたマウント電極14に導電性接着剤20により電気的および機械的に接続されている。圧電振動片13とマウント電極14との接続は、ここでは導電性接着剤20を使用しているが、例えば金属バンプ等により接続してもよい。
このように圧電振動片13を半導体基板11に搭載した後、凹部21を有する蓋体22を、圧電振動片13を覆うように半導体基板11に接合し圧電デバイス10の完成となる。蓋体22としては、金属製の蓋体やシリコン製の蓋体が適用でき、接合方法としては、蓋体22の開口周縁部の全周に接着剤を塗布し接合する方法や、半導体基板11と蓋体22との接合界面にAu-Snを設け、これを加熱溶融させて接合する方法、または半導体基板11と蓋体22の接合面表面を活性化処理し接合する表面活性化接合により接合する。
An
After mounting the piezoelectric vibrating
ここで、外部接続端子16は圧電デバイス10が製品として完成した後も外部回路基板の接続等に利用される端子であるが、入出力端子17は回路素子12への制御データの入力や圧電デバイス10の特性検査の後には実用上不要となる端子である。したがって、入出力端子17が、外部接続端子16と同一の材料を用いて、半導体基板11の実装面に露出した状態のまま存在していると、この圧電デバイス10をハンダなどを用いて、外部回路基板などに実装する際、入出力端子17にもハンダが付着して、外部接続端子16と短絡してしまい、圧電デバイス10を動作させる回路として異常な接続状態になり、さらには不要な電気信号が回路素子に入力されるなどして、圧電デバイス10の特性劣化を引き起こす。しかし、本発明では、外部接続端子16の表面は、化学的に安定でハンダに濡れやすい金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、銅(Cu)のうち少なくとも一種類を主成分とする材料で構成され、入出力端子17の表面は、化学的に活性で酸化されやすく、ハンダに濡れにくいアルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)のうち少なくとも一種類を主成分とする材料で構成することにより、外部接続端子16は、安定して電気的、機械的に接続固定されるとともに、外部接続端子16と入出力端子17との短絡が発生することはないので、動作不良などを引き起こすことのない信頼性の高い圧電デバイス10を提供することが可能となる。なお、外部接続端子16および入出力端子17は、塗布、印刷、メッキ、スパッタリングや蒸着などの成膜、あるいは、微粒子を吹き付けるエアロゾルデポジションなどの手法を用いて形成される。
Here, the
図2は、本発明における実施例の入出力端子および外部出力端子と回路素子を接続する多層配線層の一例を説明する部分断面拡大図である。図2(a)に示すように、回路素子12が有する複数の電極パッド24は、それぞれ配線25と接続され、配線25は回路素子12の回路パターンとの絶縁を保つために絶縁材26で覆われた構造となっているが、入出力端子17や外部接続端子16に該当する部分の絶縁材26は除去され、配線25が外部と導通可能な構造となっている。
FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view illustrating an example of a multilayer wiring layer that connects the input / output terminals and the external output terminals and the circuit elements according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2A, the plurality of
図2(a)は、Alなど化学的に活性な材料で配線25を形成する場合を示しており、配線25の絶縁材26が除去されている部分をそのまま利用して入出力端子17を形成し、配線25の絶縁材26が除去されている部分にAuなどの化学的に安定な材料からなる端子材A27を積層することで外部接続端子16を形成する構造となっている。すなわち、外部接続端子16の表面は、化学的に安定でハンダに濡れやすい材料で構成され、入出力端子17の表面は、化学的に活性で酸化されやすく、ハンダに濡れにくい材料で構成されることにより、外部回路基板などに圧電デバイスを実装する際、外部接続端子16は、安定して電気的、機械的に接続固定されるとともに、外部接続端子16と入出力端子17との短絡が発生することはないので、動作不良などを引き起こすことのない信頼性の高い圧電デバイスを提供することが可能となる。また、図2(b)のように、配線25の絶縁材26が除去されている部分に、化学的に活性な材料である端子材B28を更に積層して入出力端子17を形成した構造としても何ら問題ない。
FIG. 2A shows a case where the
さらに、図2(a)では、化学的に活性でハンダに濡れにくい材料で配線25が形成されている場合を示したが、図2(b)の構造においては、入出力端子17部分の配線25の絶縁材26が除去されている部分に化学的に活性な材料である端子材B28を積層して入出力端子17を形成しているので、配線25として化学的に安定な材料を用いることも可能となる。
また、入出力端子17は、外部接続端子16の表面に対して前記半導体基板11側(圧電振動片13が搭載される面側)に位置している。このため、外部接続端子16と入出力端子17との短絡の発生の可能性をより抑えた構造としている。
Further, FIG. 2A shows the case where the
The input /
本発明は、小型の圧電デバイスに活用することが可能である。 The present invention can be utilized for a small piezoelectric device.
10 圧電デバイス
11 半導体基板
12 回路素子
13 圧電振動片
14 マウント電極
15 貫通電極
16 外部接続端子
17 入出力端子
18 励振電極
19 接続電極
20 導電性接着剤
21 凹部
22 蓋体
23 多層配線層
24 電極パッド
25 配線
26 絶縁材
27 端子材A
28 端子材B
100 圧電デバイス
101 パッケージ
102 回路パターン
103 キャビティ
104 貫通電極
105 外部接続端子
106 マウント電極
107 圧電振動片
108 励振電極
109 接続電極
110 導電性接着剤
111 蓋体
112 接着剤
DESCRIPTION OF
28 Terminal material B
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記半導体基板の第1の主面に前記圧電振動片が搭載され、
前記圧電振動片が搭載されていない前記半導体基板の第2の主面には回路素子が形成されており、
前記圧電振動片と前記回路素子は、前記半導体基板を貫通して前記第1の主面と第2の主面を接続する貫通電極により電気的に接続され、
前記半導体基板の第2の主面側には、前記回路素子への制御データの入力または前記圧電デバイスの特性データを出力するための入出力端子、および外部回路基板との接続に利用される外部接続端子が、前記回路素子と電気的に接続され形成されており、
前記半導体基板の第1の主面に蓋体を取着し前記圧電振動片を封止したこと、
を特徴とする圧電デバイス。 In a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is housed in an internal space of a package composed of a semiconductor substrate and a lid,
The piezoelectric vibrating piece is mounted on the first main surface of the semiconductor substrate,
A circuit element is formed on the second main surface of the semiconductor substrate on which the piezoelectric vibrating piece is not mounted,
The piezoelectric vibrating piece and the circuit element are electrically connected by a through electrode that penetrates the semiconductor substrate and connects the first main surface and the second main surface,
On the second main surface side of the semiconductor substrate, an input / output terminal for inputting control data to the circuit element or outputting characteristic data of the piezoelectric device, and an external used for connection to an external circuit substrate A connection terminal is formed to be electrically connected to the circuit element;
Attaching a lid to the first main surface of the semiconductor substrate and sealing the piezoelectric vibrating piece;
A piezoelectric device characterized by the above.
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- 2007-01-31 JP JP2007022423A patent/JP2008193175A/en active Pending
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