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JP7581797B2 - Vibration Device - Google Patents

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JP7581797B2 JP2020195831A JP2020195831A JP7581797B2 JP 7581797 B2 JP7581797 B2 JP 7581797B2 JP 2020195831 A JP2020195831 A JP 2020195831A JP 2020195831 A JP2020195831 A JP 2020195831A JP 7581797 B2 JP7581797 B2 JP 7581797B2
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Description

本発明は、振動デバイス等に関する。 The present invention relates to vibration devices, etc.

従来より、振動素子を用いたデバイスとして発振器等の振動デバイスが知られている。例えば特許文献1には、集積回路の回路パターンが形成されたシリコン基板などの半導体基板上に、振動素子としての圧電振動片を実装し、当該半導体基板とリッドとで圧電振動片を封止した発振器が開示されている。この発振器では、振動素子と回路パターンとが、スルーホールである貫通孔の貫通電極を介して電気的に接続される。 Conventionally, vibration devices such as oscillators have been known as devices using vibration elements. For example, Patent Document 1 discloses an oscillator in which a piezoelectric vibrating piece is mounted as a vibration element on a semiconductor substrate such as a silicon substrate on which a circuit pattern of an integrated circuit is formed, and the piezoelectric vibrating piece is sealed between the semiconductor substrate and a lid. In this oscillator, the vibration element and the circuit pattern are electrically connected via a through electrode of a through hole, which is a through hole.

特開2004-214787号公報JP 2004-214787 A

特許文献1の発振器では、集積回路が形成される半導体基板に対して振動素子が直接実装されているので、集積回路の出力バッファー回路において発生した熱が振動素子に伝わりやすく、それによって発振特性が劣化するなどの問題が発生することが判明した。 In the oscillator of Patent Document 1, the vibration element is directly mounted on the semiconductor substrate on which the integrated circuit is formed, so it was found that heat generated in the output buffer circuit of the integrated circuit is easily transferred to the vibration element, causing problems such as deterioration of the oscillation characteristics.

本開示の一態様は、第1面と前記第1面と表裏関係にある第2面とを有する半導体基板と、前記第1面と前記第2面との間を貫通する貫通電極を含むベースと、前記第1面に対して、導電性の接合部材を介して固定される振動素子と、前記第2面側に絶縁層を介して設けられる第1外部接続端子と、を含み、前記第2面には、前記貫通電極を介して前記振動素子に電気的に接続され、前記振動素子を発振させて発振信号を生成する発振回路と、前記発振信号に基づくクロック信号を出力する出力バッファー回路と、前記第1外部接続端子に電気的に接続されている第1コンタクトパッドと、が配置され、前記出力バッファー回路と前記貫通電極との距離をDbxとし、前記出力バッファー回路と前記第1コンタクトパッドとの距離をDbcとしたとき、Dbc<Dbxである振動デバイスに関係する。 One aspect of the present disclosure relates to a vibration device including a semiconductor substrate having a first surface and a second surface that is opposite to the first surface, a base including a through electrode that penetrates between the first surface and the second surface, a vibration element fixed to the first surface via a conductive bonding member, and a first external connection terminal provided on the second surface side via an insulating layer, in which an oscillation circuit that is electrically connected to the vibration element via the through electrode and that oscillates the vibration element to generate an oscillation signal, an output buffer circuit that outputs a clock signal based on the oscillation signal, and a first contact pad that is electrically connected to the first external connection terminal are arranged on the second surface, and when the distance between the output buffer circuit and the through electrode is Dbx and the distance between the output buffer circuit and the first contact pad is Dbc, Dbc<Dbx.

本実施形態の振動デバイスの構成例を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a vibration device according to an embodiment of the present invention. 本実施形態の振動デバイスの具体的な構成例を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a specific configuration example of the vibration device according to the embodiment. 振動デバイスの振動素子の一例を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing an example of a vibration element of the vibration device. 集積回路の構成例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an integrated circuit. 集積回路の詳細な構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration example of an integrated circuit. 発振回路の構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an oscillator circuit. 出力バッファー回路の構成例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of an output buffer circuit. 振動デバイスの製造方法の一例を示す製造工程図。5A to 5C are manufacturing process diagrams showing an example of a method for manufacturing a vibration device. 出力バッファー回路、コンタクトパッド、貫通電極の配置関係を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing the arrangement relationship of an output buffer circuit, contact pads, and through electrodes. 外部接続端子の配置例を示す平面図。FIG. 4 is a plan view showing an example of an arrangement of external connection terminals. 出力バッファー回路、コンタクトパッド、貫通電極の配置関係を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing the arrangement relationship of an output buffer circuit, contact pads, and through electrodes. 出力バッファー回路、コンタクトパッド、貫通電極の配置関係を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing the arrangement relationship of an output buffer circuit, contact pads, and through electrodes. 出力バッファー回路、コンタクトパッド、貫通電極の配置関係の他の例を示す平面図。13 is a plan view showing another example of the arrangement relationship between the output buffer circuit, the contact pads, and the through electrodes. FIG. 貫通電極の他の例を示す断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view showing another example of the through electrode. 出力バッファー回路の出力ドライバーの他の構成例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing another example of the configuration of an output driver of the output buffer circuit. 出力バッファー回路の出力ドライバーの他の構成例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing another example of the configuration of an output driver of the output buffer circuit. 外部接続端子の他の配置例を示す平面図。FIG. 11 is a plan view showing another example of the arrangement of the external connection terminals.

以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲の記載内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。また以下の各図面において、説明の便宜上、一部の構成要素を省略することがある。また各図面において、分かり易くするために各構成要素の寸法比率は実際とは異なっている。 The present embodiment will be described below. Note that the present embodiment described below does not unduly limit the contents of the claims. Furthermore, not all of the configurations described in the present embodiment are necessarily essential components. Furthermore, in the drawings below, some components may be omitted for the sake of convenience. Furthermore, in the drawings, the dimensional ratios of each component are different from the actual ones for ease of understanding.

1.振動デバイス
図1は本実施形態の振動デバイス1の構成例を示す断面図である。図1に示すように本実施形態の振動デバイス1は、ベース2と振動素子5と外部接続端子91、92を含む。また振動デバイス1は、リッド7や再配置配線層8を含むことができる。ベース2は、半導体基板20と貫通電極40を含む。半導体基板20は、第1面21と、第1面21と表裏関係にある第2面22を有する。第1面21は半導体基板20の例えば上面であり、第2面22は半導体基板20の例えば下面である。貫通電極40は、半導体基板20の第1面21と第2面22を貫通する電極である。振動素子5は、半導体基板20の第1面21側に配置されている。例えば振動素子5は、半導体基板20の第1面21から所与の離間距離だけ離れた位置に配置されている。具体的には振動素子5は、半導体基板20の第1面21に対して、例えば導電性の接合部材60を介して固定される。外部接続端子91、92は、半導体基板20の第2面22側に絶縁層80等を介して設けられる。絶縁層80は例えば再配置配線層8を構成する絶縁層である。
1. Vibration device FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a vibration device 1 of this embodiment. As shown in FIG. 1, the vibration device 1 of this embodiment includes a base 2, a vibration element 5, and external connection terminals 91 and 92. The vibration device 1 may also include a lid 7 and a relocation wiring layer 8. The base 2 includes a semiconductor substrate 20 and a through electrode 40. The semiconductor substrate 20 has a first surface 21 and a second surface 22 that is in a front-back relationship with the first surface 21. The first surface 21 is, for example, the upper surface of the semiconductor substrate 20, and the second surface 22 is, for example, the lower surface of the semiconductor substrate 20. The through electrode 40 is an electrode that penetrates the first surface 21 and the second surface 22 of the semiconductor substrate 20. The vibration element 5 is disposed on the first surface 21 side of the semiconductor substrate 20. For example, the vibration element 5 is disposed at a position spaced apart from the first surface 21 of the semiconductor substrate 20 by a given distance. Specifically, the vibration element 5 is fixed to the first surface 21 of the semiconductor substrate 20 via, for example, a conductive bonding member 60. The external connection terminals 91, 92 are provided on the second surface 22 side of the semiconductor substrate 20 via an insulating layer 80 or the like. The insulating layer 80 is an insulating layer that constitutes the rearrangement wiring layer 8, for example.

なお本実施形態で説明する各図には、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、及びZ軸を図示している。X軸に沿った方向を「X軸方向」、Y軸に沿った方向を「Y軸方向」、Z軸に沿った方向を「Z軸方向」と言う。また各軸方向の矢印先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」、Z軸方向プラス側を「上」、Z軸方向マイナス側を「下」とも言う。例えばZ軸方向は鉛直方向に沿い、XY平面は水平面に沿っている。図1はY軸方向からの断面視での振動デバイス1の断面図である。また半導体基板20の第1面21及び第2面22は、XY平面に沿った面であり、Z軸に直交する面である。なお「直交」は、90°で交わっているものの他、90°から若干傾いた角度で交わっている場合も含むものとする。 In each figure described in this embodiment, the X-axis, Y-axis, and Z-axis are illustrated as three mutually orthogonal axes. The direction along the X-axis is called the "X-axis direction", the direction along the Y-axis is called the "Y-axis direction", and the direction along the Z-axis is called the "Z-axis direction". The tip side of the arrow in each axis direction is also called the "plus side", the base side is called the "minus side", the plus side of the Z-axis is called the "upper", and the minus side of the Z-axis is called the "lower". For example, the Z-axis direction is along the vertical direction, and the XY plane is along the horizontal plane. Figure 1 is a cross-sectional view of the vibration device 1 as viewed from the Y-axis direction. The first surface 21 and the second surface 22 of the semiconductor substrate 20 are surfaces along the XY plane and are perpendicular to the Z-axis. Note that "perpendicular" includes cases where the surfaces intersect at an angle slightly inclined from 90°, in addition to cases where the surfaces intersect at 90°.

振動デバイス1は例えば発振器である。具体的には振動デバイス1は、シンプルパッケージ水晶発振器(SPXO)、電圧制御水晶発振器(VCXO)、温度補償水晶発振器(TCXO)、恒温槽付き水晶発振器(OCXO)、SAW(Surface Acoustic Wave)発振器、電圧制御型SAW発振器、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)発振器等の発振器である。MEMS発振器は、シリコン基板等の基板に圧電膜及び電極を配置したMEMSの振動素子により実現できる。但し振動デバイス1は、加速度センサー、角速度センサーのような慣性センサーや、傾斜センサーのような力センサー等であってもよい。 The vibration device 1 is, for example, an oscillator. Specifically, the vibration device 1 is an oscillator such as a simple package crystal oscillator (SPXO), a voltage-controlled crystal oscillator (VCXO), a temperature-compensated crystal oscillator (TCXO), an oven-controlled crystal oscillator (OCXO), a SAW (Surface Acoustic Wave) oscillator, a voltage-controlled SAW oscillator, or a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) oscillator. A MEMS oscillator can be realized by a MEMS vibration element in which a piezoelectric film and electrodes are arranged on a substrate such as a silicon substrate. However, the vibration device 1 may also be an inertial sensor such as an acceleration sensor or an angular velocity sensor, or a force sensor such as an inclination sensor.

ベース2は、半導体基板20により構成される。半導体基板20は、例えばシリコン基板である。但し半導体基板20は、シリコン基板には限定されず、Ge、GaP、GaAs、InP等の半導体基板であってもよい。 The base 2 is composed of a semiconductor substrate 20. The semiconductor substrate 20 is, for example, a silicon substrate. However, the semiconductor substrate 20 is not limited to a silicon substrate, and may be a semiconductor substrate such as Ge, GaP, GaAs, or InP.

またベース2は、集積回路10を含む。半導体回路である集積回路10は、半導体基板20の第2面22に形成されている。集積回路10は複数の回路素子により構成される。回路素子は、例えばトランジスターなどの能動素子や、或いはキャパシターや抵抗などの受動素子である。具体的には集積回路10は、各回路ブロックが複数の回路素子を含む複数の回路ブロックにより構成される。また集積回路10は、半導体基板20に対して不純物をドーピングすることで形成される不純物領域である拡散領域と、金属層と絶縁層が積層された配線層とにより形成される。拡散領域により、集積回路10の回路素子であるトランジスターのソース領域及びドレイン領域が形成され、配線領域により、回路素子間を接続する配線が形成される。 The base 2 also includes an integrated circuit 10. The integrated circuit 10, which is a semiconductor circuit, is formed on the second surface 22 of the semiconductor substrate 20. The integrated circuit 10 is composed of a plurality of circuit elements. The circuit elements are, for example, active elements such as transistors, or passive elements such as capacitors and resistors. Specifically, the integrated circuit 10 is composed of a plurality of circuit blocks, each of which includes a plurality of circuit elements. The integrated circuit 10 is also formed of a diffusion region, which is an impurity region formed by doping impurities into the semiconductor substrate 20, and a wiring layer in which a metal layer and an insulating layer are laminated. The diffusion region forms the source region and drain region of the transistor, which is a circuit element of the integrated circuit 10, and the wiring region forms wiring that connects the circuit elements.

またベース2は貫通電極40を含む。貫通電極40は、半導体基板20の第1面21と第2面22を貫通する導電性材料により構成される。例えば半導体基板20に対して貫通孔を形成し、この貫通孔を導電性材料で埋めることにより貫通電極40が形成される。導電性材料は、銅などの金属であってもよいし、導電性のポリシリコンなどであってもよい。導電性のポリシリコンとは、例えばリン(P)、ボロン(B)、砒素(As)等の不純物をドープして導電性を付与したポリシリコンのことを言う。導電性材料としてポリシリコンを用いると、集積回路10の形成工程において加わる熱に対して十分な耐性を有する貫通電極40の実現が可能になる。 The base 2 also includes a through electrode 40. The through electrode 40 is made of a conductive material that penetrates the first surface 21 and the second surface 22 of the semiconductor substrate 20. For example, a through hole is formed in the semiconductor substrate 20, and the through hole is filled with a conductive material to form the through electrode 40. The conductive material may be a metal such as copper, or may be conductive polysilicon. Conductive polysilicon refers to polysilicon that has been doped with impurities such as phosphorus (P), boron (B), and arsenic (As) to give it conductivity. By using polysilicon as the conductive material, it is possible to realize a through electrode 40 that has sufficient resistance to heat applied during the formation process of the integrated circuit 10.

貫通電極40の一端は、導電性の接合部材60を介して振動素子5に電気的に接続される。図1では、導電性の接合部材60は、一端が振動素子5に電気的に接続され、他端が貫通電極40に電気的に接続されるバンプ62などにより実現される。具体的にはバンプ62の他端は、端子64を介して貫通電極40に接続される。バンプ62は導電性のバンプであり、具体的には金属バンプである。なお導電性の接合部材60を、導電性の接着材などにより実現してもよい。 One end of the through electrode 40 is electrically connected to the vibration element 5 via a conductive bonding member 60. In FIG. 1, the conductive bonding member 60 is realized by a bump 62 or the like, one end of which is electrically connected to the vibration element 5 and the other end of which is electrically connected to the through electrode 40. Specifically, the other end of the bump 62 is connected to the through electrode 40 via a terminal 64. The bump 62 is a conductive bump, specifically a metal bump. The conductive bonding member 60 may be realized by a conductive adhesive or the like.

貫通電極40の他端は集積回路10に電気的に接続される。具体的には貫通電極40の他端は、集積回路10に形成されるコンタクトパッド36を介して集積回路10の回路素子に接続される。このようにすることで、貫通電極40を介して振動素子5と集積回路10とを電気的に接続できるようになる。 The other end of the through electrode 40 is electrically connected to the integrated circuit 10. Specifically, the other end of the through electrode 40 is connected to a circuit element of the integrated circuit 10 via a contact pad 36 formed on the integrated circuit 10. In this manner, the vibration element 5 and the integrated circuit 10 can be electrically connected via the through electrode 40.

リッド7は接合部材71、72を介してベース2に接合される。そしてベース2と、蓋体であるリッド7とにより、気密性を有する収容空間SPが形成され、振動素子5は、この収容空間SP内に収容される。収容空間SPは気密封止されており、収容空間SP内は、例えば減圧状態である。これにより、振動素子5を安定して駆動させることができる。なお、収容空間SP内の状態は減圧状態に限定されず、例えば収容空間SP内が不活性ガス雰囲気であってもよい。 The lid 7 is joined to the base 2 via joining members 71 and 72. The base 2 and the lid 7, which is a cover body, form an airtight storage space SP, and the vibration element 5 is housed in this storage space SP. The storage space SP is hermetically sealed, and the inside of the storage space SP is, for example, in a reduced pressure state. This allows the vibration element 5 to be driven stably. Note that the state inside the storage space SP is not limited to a reduced pressure state, and the inside of the storage space SP may be, for example, an inert gas atmosphere.

再配置配線層8は、半導体基板20の第2面22側に設けられ、絶縁層80と、再配置配線用の配線82を含む。絶縁層80は例えばポリイミド等の樹脂層により実現され、配線82は例えば銅箔などの金属配線により実現される。絶縁層80は、振動デバイス1の実装の際の半田付けに耐えられる耐熱性を有する必要があり、ポリイミドを用いることが好適である。また配線82の材料は、銅以外にも銀などの金属材料を用いてもよい。また再配置配線層8での配線層や端子の厚みは例えば50μm程度である。再配置配線層8を設けることで、集積回路10に形成されるコンタクトパッド38、39と、外部接続端子91、92とを電気的に接続できるようになる。そして、振動デバイス1の外部接続端子91、92を、振動デバイス1が実装される回路基板等の端子や配線に接続する実装を行うことで、振動デバイス1を電子機器に組み込むことが可能になる。またこのような再配置配線層8を設けることで、集積回路10の部分の機械的な保護や、振動デバイス1の実装の際の半田付け工程における熱から集積回路10等を熱的に保護することが可能になる。 The relocation wiring layer 8 is provided on the second surface 22 side of the semiconductor substrate 20, and includes an insulating layer 80 and wiring 82 for relocation wiring. The insulating layer 80 is realized by a resin layer such as polyimide, and the wiring 82 is realized by a metal wiring such as copper foil. The insulating layer 80 needs to have heat resistance that can withstand soldering when mounting the vibration device 1, and it is preferable to use polyimide. The material of the wiring 82 may be a metal material such as silver other than copper. The thickness of the wiring layer and terminals in the relocation wiring layer 8 is, for example, about 50 μm. By providing the relocation wiring layer 8, it becomes possible to electrically connect the contact pads 38, 39 formed on the integrated circuit 10 to the external connection terminals 91, 92. Then, by mounting the external connection terminals 91, 92 of the vibration device 1 to terminals and wiring of a circuit board or the like on which the vibration device 1 is mounted, it becomes possible to incorporate the vibration device 1 into an electronic device. Furthermore, by providing such a relocation wiring layer 8, it is possible to mechanically protect the integrated circuit 10 and thermally protect the integrated circuit 10 from heat generated during the soldering process when mounting the vibration device 1.

図2は振動デバイス1の具体的な構成例を示す断面図であり、図3は、振動デバイス1の振動素子5の一例を示す平面図である。まず図3を用いて振動素子5の詳細について説明する。 Figure 2 is a cross-sectional view showing a specific configuration example of the vibration device 1, and Figure 3 is a plan view showing an example of the vibration element 5 of the vibration device 1. First, the details of the vibration element 5 will be described with reference to Figure 3.

振動素子5は、電気的な信号により機械的な振動を発生する素子である。例えば図3に示すように、振動素子5は、振動基板50と、振動基板50の表面に配置された電極と、を有する。振動基板50は、厚みすべり振動モードを有し、本実施形態ではATカット水晶基板から形成されている。ATカット水晶基板は、三次の周波数温度特性を有しているため、優れた温度特性を有する振動素子5となる。また電極は、振動基板50の上面に配置された励振電極52と、励振電極52と対向して下面に配置された励振電極53と、を有する。上面はZ軸方向プラス側の面であり、下面はZ軸方向マイナス側の面である。また励振電極52、53の一方が第1励振電極であり、励振電極52、53の他方が第2励振電極である。また電極は、振動基板50の下面に配置された一対の端子56、57と、端子56と励振電極52とを電気的に接続する配線54と、端子57と励振電極53とを電気的に接続する配線55と、を有する。 The vibration element 5 is an element that generates mechanical vibration by an electrical signal. For example, as shown in FIG. 3, the vibration element 5 has a vibration substrate 50 and an electrode arranged on the surface of the vibration substrate 50. The vibration substrate 50 has a thickness shear vibration mode, and is formed from an AT-cut quartz substrate in this embodiment. The AT-cut quartz substrate has a third-order frequency-temperature characteristic, so the vibration element 5 has excellent temperature characteristics. The electrodes include an excitation electrode 52 arranged on the upper surface of the vibration substrate 50 and an excitation electrode 53 arranged on the lower surface opposite the excitation electrode 52. The upper surface is the surface on the positive side in the Z-axis direction, and the lower surface is the surface on the negative side in the Z-axis direction. One of the excitation electrodes 52 and 53 is a first excitation electrode, and the other of the excitation electrodes 52 and 53 is a second excitation electrode. The electrode also has a pair of terminals 56, 57 arranged on the lower surface of the vibration substrate 50, a wiring 54 that electrically connects the terminal 56 to the excitation electrode 52, and a wiring 55 that electrically connects the terminal 57 to the excitation electrode 53.

なお、振動素子5の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動素子5は、励振電極52、53に挟まれた振動領域がその周囲から突出したメサ型となっていてもよいし、逆に、振動領域がその周囲から凹没した逆メサ型となっていてもよい。また、振動基板50の周囲を研削するベベル加工や、上面および下面を凸曲面とするコンベックス加工が施されていてもよい。また振動素子5は、厚みすべり振動モードで振動するものに限定されない。例えば振動素子5は、複数の振動腕が面内方向に屈曲振動する音叉型振動素子、複数の振動腕が面外方向に屈曲振動する音叉型振動素子、駆動振動する駆動腕及び検出振動する検出腕を備えて角速度を検出するジャイロセンサー素子、又は加速度を検出する検出部を備えた加速度センサー素子であってもよい。また振動基板50は、ATカット水晶基板から形成されたものに限定されず、ATカット水晶基板以外の水晶基板、例えば、Xカット水晶基板、Yカット水晶基板、Zカット水晶基板、BTカット水晶基板、SCカット水晶基板、STカット水晶基板等から形成されていてもよい。また、本実施形態では、振動基板50が水晶で構成されているが、これに限定されず、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、リン酸ガリウム等の圧電単結晶体により構成されていてもよいし、これら以外の圧電単結晶体で構成されていてもよい。また振動素子5は、圧電駆動型の振動素子に限らず、静電気力を用いた静電駆動型の振動素子であってもよい。 The configuration of the vibration element 5 is not limited to the above configuration. For example, the vibration element 5 may be a mesa type in which the vibration area sandwiched between the excitation electrodes 52 and 53 protrudes from its surroundings, or conversely, may be an inverted mesa type in which the vibration area is recessed from its surroundings. In addition, bevel processing for grinding the periphery of the vibration substrate 50, or convex processing for making the upper and lower surfaces convex curved surfaces may be performed. In addition, the vibration element 5 is not limited to one that vibrates in a thickness-shear vibration mode. For example, the vibration element 5 may be a tuning fork type vibration element in which multiple vibrating arms vibrate in an in-plane direction, a tuning fork type vibration element in which multiple vibrating arms vibrate in an out-of-plane direction, a gyro sensor element that has a driving arm that vibrates and a detection arm that vibrates, and detects angular velocity, or an acceleration sensor element that has a detection unit that detects acceleration. The vibration substrate 50 is not limited to being formed from an AT-cut quartz substrate, and may be formed from a quartz substrate other than an AT-cut quartz substrate, for example, an X-cut quartz substrate, a Y-cut quartz substrate, a Z-cut quartz substrate, a BT-cut quartz substrate, an SC-cut quartz substrate, an ST-cut quartz substrate, etc. In the present embodiment, the vibration substrate 50 is made of quartz, but is not limited to this, and may be made of a piezoelectric single crystal such as lithium niobate, lithium tantalate, lithium tetraborate, potassium niobate, gallium phosphate, or other piezoelectric single crystal. The vibration element 5 is not limited to a piezoelectric drive type vibration element, and may be an electrostatic drive type vibration element using electrostatic force.

そして図2、図3に示すように、振動素子5は、導電性の接合部材60、61を介して、半導体基板20の上面である第1面21に固定される。なお図2では図示していないが、図3に示すように例えばY軸方向に沿って2つの接合部材60、61が設けられている。また後述の図9に示すように、半導体基板20には例えばY軸方向に沿って2つの貫通電極40、41が設けられており、これらの貫通電極40、41は、導電性の接合部材60、61を介して振動素子5に電気的に接続されている。貫通電極40、41の一方が第1貫通電極であり、貫通電極40、41の他方が第2貫通電極である。具体的には、貫通電極40の一端は、接合部材60と、振動素子5の端子56及び配線54を介して、振動素子5の励振電極52に電気的に接続されている。また貫通電極41の一端は、接合部材61、振動素子5の端子57及び配線55を介して、振動素子5の励振電極53に電気的に接続されている。そして貫通電極40、41の他端は集積回路10に電気的に接続されている。これにより振動素子5と集積回路10は貫通電極40、41を介して電気的に接続されるようになる。具体的には、貫通電極40、41の他端は図2、図9に示すコンタクトパッド36、37を介して、集積回路10の発振回路11に電気的に接続されている。これにより振動素子5と発振回路11は貫通電極40、41を介して電気的に接続されるようになる。 2 and 3, the vibration element 5 is fixed to the first surface 21, which is the upper surface of the semiconductor substrate 20, via conductive bonding members 60 and 61. Although not shown in FIG. 2, as shown in FIG. 3, for example, two bonding members 60 and 61 are provided along the Y-axis direction. Also, as shown in FIG. 9 described later, two through electrodes 40 and 41 are provided on the semiconductor substrate 20, for example, along the Y-axis direction, and these through electrodes 40 and 41 are electrically connected to the vibration element 5 via conductive bonding members 60 and 61. One of the through electrodes 40 and 41 is a first through electrode, and the other of the through electrodes 40 and 41 is a second through electrode. Specifically, one end of the through electrode 40 is electrically connected to the excitation electrode 52 of the vibration element 5 via the bonding member 60, the terminal 56 of the vibration element 5, and the wiring 54. Also, one end of the through electrode 41 is electrically connected to the excitation electrode 53 of the vibration element 5 via the bonding member 61, the terminal 57 of the vibration element 5, and the wiring 55. The other ends of the through electrodes 40 and 41 are electrically connected to the integrated circuit 10. This allows the vibration element 5 and the integrated circuit 10 to be electrically connected via the through electrodes 40 and 41. Specifically, the other ends of the through electrodes 40 and 41 are electrically connected to the oscillation circuit 11 of the integrated circuit 10 via the contact pads 36 and 37 shown in Figures 2 and 9. This allows the vibration element 5 and the oscillation circuit 11 to be electrically connected via the through electrodes 40 and 41.

接合部材60、61は、導電性と接合性とを兼ね備えていれば、特に限定されず、例えば、金バンプ、銀バンプ、銅バンプ、はんだバンプ、樹脂コアバンプ等の各種の導電性のバンプ62により実現できる。或いは、接合部材60、61として、ポリイミド系、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系の各種接着剤に銀フィラー等の導電性フィラーを分散させた導電性接着剤等を用いてもよい。接合部材60、61として導電性のバンプ62を用いれば、接合部材60、61からのガスの発生を抑制でき、収容空間SPの環境変化、特に圧力の上昇を効果的に抑制することができる。一方、接合部材60、61として導電性接着剤を用いれば、接合部材60、61が導電性のバンプ62である場合に比べて柔らかくなり、振動素子5に応力が伝わりにくくなるという利点がある。 The bonding members 60 and 61 are not particularly limited as long as they have both electrical conductivity and bonding properties, and can be realized by various conductive bumps 62 such as gold bumps, silver bumps, copper bumps, solder bumps, and resin core bumps. Alternatively, the bonding members 60 and 61 may be conductive adhesives in which conductive fillers such as silver fillers are dispersed in various adhesives such as polyimide, epoxy, silicone, and acrylic adhesives. If conductive bumps 62 are used as the bonding members 60 and 61, gas generation from the bonding members 60 and 61 can be suppressed, and environmental changes in the storage space SP, particularly pressure increases, can be effectively suppressed. On the other hand, if a conductive adhesive is used as the bonding members 60 and 61, the bonding members 60 and 61 become softer than when the bonding members 60 and 61 are conductive bumps 62, and there is an advantage that stress is less likely to be transmitted to the vibration element 5.

また半導体基板20は、貫通孔が形成された後に熱酸化されることで、半導体基板20の第1面21や貫通孔の内面に、例えば酸化シリコン(SiO)からなる絶縁膜である絶縁層44が形成される。熱酸化により絶縁層44を形成することにより、半導体基板20の表面に緻密で均質な絶縁層44を形成することができる。また絶縁層44と半導体基板20との線膨張係数差を小さくすることもできる。そのため、熱応力が生じにくくなり、優れた発振特性を有する振動デバイス1を実現できる。絶縁層44の構成材料は、特に限定されず、例えば窒化シリコン(SiN)により構成されていてもよいし、樹脂で構成されていてもよい。また、絶縁層44の形成方法としては、熱酸化に限定されず、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)によって形成してもよい。 In addition, the semiconductor substrate 20 is thermally oxidized after the through-hole is formed, so that an insulating layer 44, which is an insulating film made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ), is formed on the first surface 21 of the semiconductor substrate 20 and the inner surface of the through-hole. By forming the insulating layer 44 by thermal oxidation, a dense and homogeneous insulating layer 44 can be formed on the surface of the semiconductor substrate 20. In addition, the difference in linear expansion coefficient between the insulating layer 44 and the semiconductor substrate 20 can also be reduced. Therefore, thermal stress is less likely to occur, and a vibration device 1 having excellent oscillation characteristics can be realized. The constituent material of the insulating layer 44 is not particularly limited, and may be made of, for example, silicon nitride (SiN) or resin. In addition, the method of forming the insulating layer 44 is not limited to thermal oxidation, and may be formed by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition).

そして貫通孔の絶縁層44の内側に、銅又は導電性ポリシリコン等の導電性材料を充填することにより、貫通電極40、41が形成される。即ち貫通孔内を導電性材料で埋めることで貫通電極40、41を形成する。そして貫通電極40、41の一端は振動素子5に電気的に接続される。具体的には貫通電極40、41の一端は振動素子5の励振電極52、53に電気的に接続される。一方、貫通電極40、41の他端は集積回路10に電気的に接続される。具体的には貫通電極40、41の他端はコンタクトパッド36、37を介して集積回路10の発振回路11に電気的に接続される。 Then, the through-hole insulating layer 44 is filled with a conductive material such as copper or conductive polysilicon to form the through-hole electrodes 40, 41. That is, the through-holes are filled with a conductive material to form the through-hole electrodes 40, 41. One end of the through-hole electrodes 40, 41 is electrically connected to the vibration element 5. Specifically, one end of the through-hole electrodes 40, 41 is electrically connected to the excitation electrodes 52, 53 of the vibration element 5. Meanwhile, the other end of the through-hole electrodes 40, 41 is electrically connected to the integrated circuit 10. Specifically, the other end of the through-hole electrodes 40, 41 is electrically connected to the oscillation circuit 11 of the integrated circuit 10 via the contact pads 36, 37.

図2に示すように集積回路10は、例えばN型のトランジスター23やP型のトランジスター24により構成される。これらのトランジスター23、24は、半導体基板20に形成された拡散領域であるソース領域及びドレイン領域と、ゲート電極と、ゲート酸化膜とにより構成される。またトランジスター23、24は、LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)と呼ばれる素子分離膜25により素子分離される。また集積回路10は、トランジスター23、24等の複数の回路素子間の接続配線を実現する配線層30を含む。例えば図2の配線層30は、金属層31、32、絶縁層33、34、35を含む。金属層31、32は、各々、第1金属層、第2金属層であり、絶縁層33、34、35は、各々、第1絶縁層、第2絶縁層、第3絶縁層である。金属層31は、絶縁層33と絶縁層34の間に形成され、金属層32は、絶縁層34と絶縁層35の間に形成される。これらの金属層31、32は例えばアルミニウムなどの金属により実現される。また最上層の絶縁層35によりパシベーション膜が形成される。また金属層31と金属層32は、ビアコンタクトと呼ばれるコンタクトにより電気的に接続され、金属層31とトランジスター23、24のソース領域やドレイン領域はコンタクトにより電気的に接続される。そして図2に示すように、貫通電極40、41の他端に電気的に接続されるコンタクトパッド36は、下層の金属層31により形成される。また外部接続端子91、92に電気的に接続されるコンタクトパッド38、39は、上層の金属層32により形成される。なお、配線層30では、集積回路10においてトランジスター23、24に近い側の層を下層とし、遠い側の層を上層としている。また図2では、配線層30が2層の金属層31、32を有する場合について示しているが、本実施形態はこれに限定されず、配線層30は3層以上の金属層を有してもよい。この場合には、複数の金属層のうちの最下層の金属層によりコンタクトパッド36、37が形成され、最上層の金属層によりコンタクトパッド38、39が形成される。また最上層の絶縁層によりパシベーション膜が形成される。 2, the integrated circuit 10 is composed of, for example, an N-type transistor 23 and a P-type transistor 24. These transistors 23 and 24 are composed of a source region and a drain region, which are diffusion regions formed in a semiconductor substrate 20, a gate electrode, and a gate oxide film. The transistors 23 and 24 are also isolated by an element isolation film 25 called LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon). The integrated circuit 10 also includes a wiring layer 30 that realizes connection wiring between multiple circuit elements such as the transistors 23 and 24. For example, the wiring layer 30 in FIG. 2 includes metal layers 31 and 32 and insulating layers 33, 34, and 35. The metal layers 31 and 32 are the first metal layer and the second metal layer, respectively, and the insulating layers 33, 34, and 35 are the first insulating layer, the second insulating layer, and the third insulating layer, respectively. The metal layer 31 is formed between the insulating layer 33 and the insulating layer 34, and the metal layer 32 is formed between the insulating layer 34 and the insulating layer 35. These metal layers 31 and 32 are realized by a metal such as aluminum. A passivation film is formed by the insulating layer 35 of the top layer. The metal layer 31 and the metal layer 32 are electrically connected by a contact called a via contact, and the metal layer 31 and the source region and the drain region of the transistors 23 and 24 are electrically connected by the contact. As shown in FIG. 2, the contact pad 36 electrically connected to the other end of the through electrodes 40 and 41 is formed by the lower metal layer 31. The contact pads 38 and 39 electrically connected to the external connection terminals 91 and 92 are formed by the upper metal layer 32. In the wiring layer 30, the layer closer to the transistors 23 and 24 in the integrated circuit 10 is the lower layer, and the layer farther from the transistors 23 and 24 is the upper layer. Also, while FIG. 2 shows a case where the wiring layer 30 has two metal layers 31 and 32, this embodiment is not limited to this, and the wiring layer 30 may have three or more metal layers. In this case, the contact pads 36 and 37 are formed by the lowest metal layer among the multiple metal layers, and the contact pads 38 and 39 are formed by the highest metal layer. In addition, a passivation film is formed by the highest insulating layer.

また再配置配線層8は、ポリイミド等の樹脂層により実現される絶縁層80と、銅箔等により実現される配線82を含む。そしてコンタクトパッド38は外部接続端子91に電気的に接続され、コンタクトパッド39は配線82を介して外部接続端子92に電気的に接続されている。 The rearrangement wiring layer 8 also includes an insulating layer 80 realized by a resin layer such as polyimide, and wiring 82 realized by copper foil or the like. The contact pad 38 is electrically connected to an external connection terminal 91, and the contact pad 39 is electrically connected to the external connection terminal 92 via the wiring 82.

また図2では外部接続端子91、92の各々は、第1金属層101と第2金属層102を有する2層構造になっている。ポリイミドの絶縁層80側の第1金属層101としては、例えばポリイミドとの密着性を高めるためにチタンタングステン層が用いられる。第2金属層102としては、例えば外部の端子や配線との半田付け等が容易な銅又は金等の金属層が用いられる。 In FIG. 2, each of the external connection terminals 91, 92 has a two-layer structure having a first metal layer 101 and a second metal layer 102. For the first metal layer 101 on the polyimide insulating layer 80 side, for example, a titanium tungsten layer is used to improve adhesion with the polyimide. For the second metal layer 102, for example, a metal layer such as copper or gold is used, which is easy to solder to external terminals and wiring.

図4に集積回路10の構成例を示す。集積回路10は発振回路11と出力バッファー回路12を含む。また集積回路10はロジック回路13、電源回路14を含むことができる。 Figure 4 shows an example of the configuration of the integrated circuit 10. The integrated circuit 10 includes an oscillator circuit 11 and an output buffer circuit 12. The integrated circuit 10 can also include a logic circuit 13 and a power supply circuit 14.

発振回路11は振動素子5を発振させる回路である。例えば発振回路11は、端子TXA、TXBに電気的に接続され、発振信号OSCを生成する。具体的には発振回路11は、配線LA、LB、端子TXA、TXBを介して振動素子5に電気的に接続され、振動素子5を発振させることで発振信号OSCを生成する。端子TXA、TXBの一方が第1端子であり、端子TXA、TXBの他方が第2端子である。例えば発振回路11は、端子TXAと端子TXBとの間に設けられた発振用の駆動回路と、キャパシターや抵抗などの受動素子により実現できる。駆動回路は、例えばCMOSのインバーター回路やバイポーラートランジスターにより実現できる。駆動回路は、発振回路11のコア回路であり、駆動回路が、振動素子5を電圧駆動又は電流駆動することで、振動素子5を発振させる。発振回路11としては、例えばインバーター型、ピアース型、コルピッツ型、又はハートレー型などの種々のタイプの発振回路を用いることができる。また発振回路11には、可変容量回路が設けられ、この可変容量回路の容量の調整により、発振周波数を調整できるようになっている。可変容量回路は、例えばバラクターなどの可変容量素子により実現できる。或いは可変容量回路を、キャパシターアレイと、キャパシターアレイに接続されるスイッチアレイとにより実現してもよい。例えば可変容量回路を、容量値がバイナリーに重み付けされた複数のキャパシターを有するキャパシターアレイと、各スイッチが、キャパシターアレイの各キャパシターと端子TXA又はTXBとの間の接続のオン、オフを行う複数のスイッチを有するスイッチアレイとにより構成してもよい。なお本実施形態における接続は電気的な接続である。電気的な接続は、電気信号が伝達可能に接続されていることであり、電気信号による情報の伝達が可能となる接続である。電気的な接続は能動素子等を介した接続であってもよい。 The oscillator circuit 11 is a circuit that oscillates the vibration element 5. For example, the oscillator circuit 11 is electrically connected to the terminals TXA and TXB and generates an oscillation signal OSC. Specifically, the oscillator circuit 11 is electrically connected to the vibration element 5 via the wiring LA, LB, and the terminals TXA and TXB, and generates the oscillation signal OSC by oscillating the vibration element 5. One of the terminals TXA and TXB is a first terminal, and the other of the terminals TXA and TXB is a second terminal. For example, the oscillator circuit 11 can be realized by a drive circuit for oscillation provided between the terminals TXA and TXB, and passive elements such as capacitors and resistors. The drive circuit can be realized by, for example, a CMOS inverter circuit or a bipolar transistor. The drive circuit is the core circuit of the oscillator circuit 11, and the drive circuit drives the vibration element 5 with voltage or current to oscillate the vibration element 5. As the oscillator circuit 11, various types of oscillator circuits such as inverter type, Pierce type, Colpitts type, or Hartley type can be used. The oscillator circuit 11 is also provided with a variable capacitance circuit, and the oscillation frequency can be adjusted by adjusting the capacitance of the variable capacitance circuit. The variable capacitance circuit can be realized by a variable capacitance element such as a varactor. Alternatively, the variable capacitance circuit may be realized by a capacitor array and a switch array connected to the capacitor array. For example, the variable capacitance circuit may be configured by a capacitor array having a plurality of capacitors whose capacitance values are weighted in binary, and a switch array having a plurality of switches, each of which turns on and off the connection between each capacitor of the capacitor array and the terminal TXA or TXB. Note that the connection in this embodiment is an electrical connection. An electrical connection is a connection that allows an electrical signal to be transmitted, and is a connection that allows information to be transmitted by an electrical signal. The electrical connection may be a connection via an active element, etc.

出力バッファー回路12は、発振信号OSCに基づくクロック信号CKを出力する。例えば出力バッファー回路12は、発振信号OSCをバッファリングして、クロック信号CKとして端子TCKに出力する。そして、このクロック信号CKが振動デバイス1の外部接続端子91を介して外部に出力される。例えば出力バッファー回路12は、シングルエンドのCMOSの信号形式でクロック信号CKを出力する。例えば端子TOEからの出力イネーブル信号OEがアクティブである場合には、ロジック回路13からのイネーブル信号がアクティブになって、出力バッファー回路12は、発振信号OSCをバッファリングしたクロック信号CKを出力する。一方、出力イネーブル信号OEが非アクティブである場合には、出力バッファー回路12は、クロック信号CKを例えばローレベルなどの固定電圧レベルに設定する。これにより端子TCKの電圧レベルが固定電圧レベルに設定される。なお信号がアクティブとは、例えば正論理の場合にはハイレベルであり、負論理の場合にはローレベルである。また信号が非アクティブとは、例えば正論理の場合にはローレベルであり、負論理の場合にはハイレベルである。なお出力バッファー回路12が、CMOS以外の信号形式でクロック信号CKを出力するようにしてもよい。 The output buffer circuit 12 outputs a clock signal CK based on the oscillation signal OSC. For example, the output buffer circuit 12 buffers the oscillation signal OSC and outputs it to the terminal TCK as a clock signal CK. Then, this clock signal CK is output to the outside via the external connection terminal 91 of the vibration device 1. For example, the output buffer circuit 12 outputs the clock signal CK in a single-ended CMOS signal format. For example, when the output enable signal OE from the terminal TOE is active, the enable signal from the logic circuit 13 becomes active, and the output buffer circuit 12 outputs the clock signal CK obtained by buffering the oscillation signal OSC. On the other hand, when the output enable signal OE is inactive, the output buffer circuit 12 sets the clock signal CK to a fixed voltage level, such as a low level. As a result, the voltage level of the terminal TCK is set to a fixed voltage level. Note that an active signal is, for example, a high level in the case of positive logic, and a low level in the case of negative logic. Also, an inactive signal is, for example, a low level in the case of positive logic, and a high level in the case of negative logic. The output buffer circuit 12 may also output the clock signal CK in a signal format other than CMOS.

ロジック回路13は制御回路であり、種々の制御処理を行う。例えばロジック回路13は、集積回路10の全体の制御を行ったり、集積回路10の動作シーケンスの制御を行う。またロジック回路13は、発振回路11の制御のための各種の処理を行ったり、電源回路14の制御を行ってもよい。ロジック回路13は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線によるASIC(Application Specific Integrated Circuit)の回路により実現できる。 The logic circuit 13 is a control circuit that performs various control processes. For example, the logic circuit 13 controls the entire integrated circuit 10 and controls the operation sequence of the integrated circuit 10. The logic circuit 13 may also perform various processes for controlling the oscillator circuit 11 and control the power supply circuit 14. The logic circuit 13 can be realized by an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) circuit that is automatically placed and wired, such as a gate array.

電源回路14は、端子TVDDから電源電圧VDDが供給され、端子TGNDからグランド電圧であるGNDが供給される。そして電源回路14は、集積回路10の各内部回路用の電源電圧を各内部回路に供給する。電源回路14は、集積回路10において用いられる基準電圧や基準電流などの生成を行ってもよい。例えば電源回路14はレギュレーターを有し、レギュレーターにより生成されたレギュレート電圧を、発振回路11や出力バッファー回路12やロジック回路13に供給する。この場合に電源回路14は、発振回路11に供給されるレギュレート電圧を生成するレギュレーターと、出力バッファー回路12やロジック回路13に供給されるレギュレート電圧を生成するレギュレーターを有していてもよい。 The power supply circuit 14 is supplied with a power supply voltage VDD from a terminal TVDD and with a ground voltage GND from a terminal TGND. The power supply circuit 14 then supplies the power supply voltage for each internal circuit of the integrated circuit 10 to each internal circuit. The power supply circuit 14 may generate a reference voltage, a reference current, and the like used in the integrated circuit 10. For example, the power supply circuit 14 has a regulator, and supplies a regulated voltage generated by the regulator to the oscillation circuit 11, the output buffer circuit 12, and the logic circuit 13. In this case, the power supply circuit 14 may have a regulator that generates a regulated voltage supplied to the oscillation circuit 11, and a regulator that generates a regulated voltage supplied to the output buffer circuit 12 and the logic circuit 13.

図5に集積回路10の詳細な構成例を示す。図5では温度補償回路15、温度センサー回路16、メモリー17が更に設けられている。 Figure 5 shows a detailed configuration example of the integrated circuit 10. In Figure 5, a temperature compensation circuit 15, a temperature sensor circuit 16, and a memory 17 are further provided.

温度補償回路15は、発振回路11の発振信号OSCの温度補償を行う。発振信号OSCの温度補償は発振回路11の発振周波数の温度補償である。そして出力バッファー回路12は、温度補償された発振信号OSCに基づくクロック信号CKを出力する。具体的には温度補償回路15は、温度センサー回路16からの温度検出情報に基づいて温度補償を行う。例えば温度補償回路15は、温度センサー回路16からの温度検出電圧に基づいて温度補償電圧を生成し、生成された温度補償電圧を発振回路11に出力することで、発振回路11の発振信号OSCの温度補償を行う。例えば温度補償回路15は、発振回路11が有する可変容量回路に対して、当該可変容量回路の容量制御電圧となる温度補償電圧を出力することで、温度補償を行う。この場合には発振回路11の可変容量回路は、バラクター等の可変容量素子により実現される。温度補償は、温度変動による発振周波数の変動を抑制して補償する処理である。例えば温度補償回路15は、多項式近似によるアナログ方式の温度補償を行う。例えば振動素子5の周波数温度特性を補償する温度補償電圧が多項式により近似される場合に、温度補償回路15は、当該多項式の係数情報に基づいてアナログ方式の温度補償を行う。アナログ方式の温度補償は、例えばアナログ信号である電流信号や電圧信号の加算処理等により実現される温度補償である。具体的にはメモリー17には、温度補償用の多項式の係数情報が記憶されており、ロジック回路13が、この係数情報をメモリー17から読み出して、例えば温度補償回路15のレジスターに設定する。そして温度補償回路15は、レジスターに設定された係数情報に基づいてアナログ方式の温度補償を行う。 The temperature compensation circuit 15 performs temperature compensation of the oscillation signal OSC of the oscillation circuit 11. The temperature compensation of the oscillation signal OSC is temperature compensation of the oscillation frequency of the oscillation circuit 11. The output buffer circuit 12 outputs a clock signal CK based on the temperature-compensated oscillation signal OSC. Specifically, the temperature compensation circuit 15 performs temperature compensation based on temperature detection information from the temperature sensor circuit 16. For example, the temperature compensation circuit 15 generates a temperature compensation voltage based on the temperature detection voltage from the temperature sensor circuit 16, and outputs the generated temperature compensation voltage to the oscillation circuit 11 to perform temperature compensation of the oscillation signal OSC of the oscillation circuit 11. For example, the temperature compensation circuit 15 performs temperature compensation by outputting a temperature compensation voltage to the variable capacitance circuit of the oscillation circuit 11, which becomes the capacitance control voltage of the variable capacitance circuit. In this case, the variable capacitance circuit of the oscillation circuit 11 is realized by a variable capacitance element such as a varactor. Temperature compensation is a process of suppressing and compensating for fluctuations in the oscillation frequency due to temperature fluctuations. For example, the temperature compensation circuit 15 performs analog temperature compensation by polynomial approximation. For example, when the temperature compensation voltage that compensates for the frequency-temperature characteristics of the vibration element 5 is approximated by a polynomial, the temperature compensation circuit 15 performs analog temperature compensation based on the coefficient information of the polynomial. Analog temperature compensation is temperature compensation that is achieved by, for example, adding current signals and voltage signals, which are analog signals. Specifically, the memory 17 stores coefficient information of a polynomial for temperature compensation, and the logic circuit 13 reads this coefficient information from the memory 17 and sets it, for example, in a register of the temperature compensation circuit 15. The temperature compensation circuit 15 then performs analog temperature compensation based on the coefficient information set in the register.

なお温度補償回路15がデジタル方式の温度補償を行うようにしてもよい。この場合には温度補償回路15は例えばロジック回路により実現される。具体的には温度補償回路15は、温度センサー回路16の温度検出情報である温度検出データに基づいてデジタルの温度補償処理を行う。例えば温度補償回路15は、温度検出データに基づいて周波数調整データを求める。そして、求められた周波数調整データに基づいて、発振回路11の可変容量回路の容量値が調整されることで、発振回路11の発振周波数の温度補償処理が実現される。この場合には発振回路11の可変容量回路は、バイナリーに重み付けされた複数のキャパシターを有するキャパシターアレイと、スイッチアレイとにより実現される。またメモリー17は、温度検出データと周波数調整データの対応を表すルックアップテーブルを記憶しており、温度補償回路15は、ロジック回路13によりメモリー17から読み出されたルックアップテーブルを用いて、温度データから周波数調整データを求める温度補償処理を行う。 The temperature compensation circuit 15 may perform digital temperature compensation. In this case, the temperature compensation circuit 15 is realized by, for example, a logic circuit. Specifically, the temperature compensation circuit 15 performs digital temperature compensation processing based on temperature detection data, which is temperature detection information from the temperature sensor circuit 16. For example, the temperature compensation circuit 15 obtains frequency adjustment data based on the temperature detection data. Then, the capacitance value of the variable capacitance circuit of the oscillation circuit 11 is adjusted based on the obtained frequency adjustment data, thereby achieving temperature compensation processing of the oscillation frequency of the oscillation circuit 11. In this case, the variable capacitance circuit of the oscillation circuit 11 is realized by a capacitor array having multiple binary-weighted capacitors and a switch array. The memory 17 also stores a lookup table that indicates the correspondence between the temperature detection data and the frequency adjustment data, and the temperature compensation circuit 15 performs temperature compensation processing to obtain the frequency adjustment data from the temperature data using the lookup table read from the memory 17 by the logic circuit 13.

温度センサー回路16は、温度を検出するセンサー回路である。具体的には温度センサー回路16は、環境の温度に応じて変化する温度依存電圧を、温度検出電圧として出力する。例えば温度センサー回路16は、温度依存性を有する回路素子を利用して温度検出電圧を生成する。具体的には温度センサー回路16は、PN接合の順方向電圧が有する温度依存性を用いることで、温度に依存して電圧値が変化する温度検出電圧を出力する。PN接合の順方向電圧としては、例えばバイポーラートランジスターのベース・エミッター間電圧などを用いることができる。 The temperature sensor circuit 16 is a sensor circuit that detects temperature. Specifically, the temperature sensor circuit 16 outputs a temperature-dependent voltage that changes according to the temperature of the environment as a temperature detection voltage. For example, the temperature sensor circuit 16 generates the temperature detection voltage by using a circuit element that has temperature dependency. Specifically, the temperature sensor circuit 16 uses the temperature dependency of the forward voltage of a PN junction to output a temperature detection voltage whose voltage value changes depending on temperature. For example, the base-emitter voltage of a bipolar transistor can be used as the forward voltage of the PN junction.

なおデジタル方式の温度補償処理を行う場合には、温度センサー回路16は、環境温度などの温度を測定し、その結果を温度検出データとして出力する。温度検出データは、温度に対して例えば単調増加又は単調減少するデータである。この場合の温度センサー回路16としては、リングオシレーターの発振周波数が温度依存性を有することを利用した温度センサー回路を用いることができる。具体的には温度センサー回路16は、リングオシレーターとカウンター回路を含む。カウンター回路は、発振回路11からの発振信号OSCに基づくクロック信号により規定されるカウント期間において、リングオシレーターの発振信号である出力パルス信号をカウントし、そのカウント値を温度検出データとして出力する。 When performing digital temperature compensation processing, the temperature sensor circuit 16 measures a temperature such as the environmental temperature, and outputs the result as temperature detection data. The temperature detection data is, for example, data that monotonically increases or decreases with respect to temperature. In this case, a temperature sensor circuit that utilizes the temperature dependency of the oscillation frequency of the ring oscillator can be used as the temperature sensor circuit 16. Specifically, the temperature sensor circuit 16 includes a ring oscillator and a counter circuit. The counter circuit counts the output pulse signal, which is the oscillation signal of the ring oscillator, during a count period defined by a clock signal based on the oscillation signal OSC from the oscillation circuit 11, and outputs the count value as temperature detection data.

メモリー17は集積回路10で用いられる各種の情報を記憶する。メモリー17は例えば不揮発性メモリーなどにより実現できる。不揮発性メモリーはFAMOS(Floating gate Avalanche injection MOS)メモリー又はMONOS(Metal-Oxide- Nitride-Oxide-Silicon)メモリー等のEEPROMであるが、これに限らず、OTP(One Time Programmable)メモリー又はヒューズ型ROM等であってもよい。或いはメモリー17はRAM等の揮発性のメモリーにより実現してもよい。 Memory 17 stores various information used in integrated circuit 10. Memory 17 can be realized, for example, by a non-volatile memory. The non-volatile memory is an EEPROM such as a Floating gate Avalanche injection MOS (FAMOS) memory or a Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon (MONOS) memory, but is not limited thereto and may be an OTP (One Time Programmable) memory or a fuse-type ROM. Alternatively, memory 17 may be realized by a volatile memory such as a RAM.

そして図4、図5の端子TXA、TXBは、図2、図9のコンタクトパッド36、37により実現される。即ち発振回路11は、コンタクトパッド36、37により実現される端子TXA、TXBを介して振動素子5に電気的に接続される。また端子TCKはコンタクトパッド38により実現される。即ち出力バッファー回路12からのクロック信号CKは、コンタクトパッド38により実現される端子TCKを介して外部接続端子91から外部に出力される。また端子TVDD、TGNDは、図2、図9のコンタクトパッド39、68により実現される。即ち、電源電圧VDDやGNDは、コンタクトパッド39、68により実現される端子TVDD、TGNDを介して集積回路10に供給される。具体的にはVDD、GNDは電源回路14に供給される。また端子TOEはコンタクトパッド69により実現される。即ち出力イネーブル信号OEは、コンタクトパッド69により実現される端子TOEを介して集積回路10に入力される。例えばロジック回路13に入力される。 The terminals TXA and TXB in FIG. 4 and FIG. 5 are realized by the contact pads 36 and 37 in FIG. 2 and FIG. 9. That is, the oscillator circuit 11 is electrically connected to the vibration element 5 via the terminals TXA and TXB realized by the contact pads 36 and 37. The terminal TCK is realized by the contact pad 38. That is, the clock signal CK from the output buffer circuit 12 is output to the outside from the external connection terminal 91 via the terminal TCK realized by the contact pad 38. The terminals TVD and TGND are realized by the contact pads 39 and 68 in FIG. 2 and FIG. 9. That is, the power supply voltages VDD and GND are supplied to the integrated circuit 10 via the terminals TVD and TGND realized by the contact pads 39 and 68. Specifically, VDD and GND are supplied to the power supply circuit 14. The terminal TOE is realized by the contact pad 69. That is, the output enable signal OE is input to the integrated circuit 10 via a terminal TOE realized by a contact pad 69. For example, it is input to the logic circuit 13.

図6に発振回路11の構成例を示す。図6に示すように、発振回路11は、インバーター回路DV1、DV2と可変容量回路CV1、CV2を含む。インバーター回路DV1は振動素子5の駆動回路であり、入力ノードが振動素子5の一端に接続され、出力ノードが振動素子5の他端に接続される。インバーター回路DV2は、インバーター回路DV1の出力信号をバッファリングして、発振信号OSCとして出力する。インバーター回路DV1、DV2は、レギュレート電源電圧VREG1とGNDが供給されて動作する。レギュレート電源電圧VREG1は電源回路14が有するレギュレーターにより生成される。 Figure 6 shows an example of the configuration of the oscillator circuit 11. As shown in Figure 6, the oscillator circuit 11 includes inverter circuits DV1 and DV2 and variable capacitance circuits CV1 and CV2. The inverter circuit DV1 is a drive circuit for the vibration element 5, and the input node is connected to one end of the vibration element 5 and the output node is connected to the other end of the vibration element 5. The inverter circuit DV2 buffers the output signal of the inverter circuit DV1 and outputs it as an oscillation signal OSC. The inverter circuits DV1 and DV2 are supplied with a regulated power supply voltage VREG1 and GND to operate. The regulated power supply voltage VREG1 is generated by a regulator included in the power supply circuit 14.

可変容量回路CV1は、一端が振動素子5の一端に接続され、他端がGNDノードに接続される。可変容量回路CV2は、一端が振動素子5の他端に接続され、他端がGNDに接続される。これらの可変容量回路CV1、CV2は、前述したように、温度補償電圧である容量制御電圧により容量が制御されるバラクター等の可変容量素子により実現してもよいし、キャパシターアレイとスイッチアレイとを有し、容量値が周波数制御データにより制御される回路により実現してもよい。 One end of the variable capacitance circuit CV1 is connected to one end of the vibration element 5, and the other end is connected to the GND node. One end of the variable capacitance circuit CV2 is connected to the other end of the vibration element 5, and the other end is connected to GND. As described above, these variable capacitance circuits CV1 and CV2 may be realized by a variable capacitance element such as a varactor whose capacitance is controlled by a capacitance control voltage that is a temperature compensation voltage, or may be realized by a circuit having a capacitor array and a switch array, whose capacitance value is controlled by frequency control data.

図7に出力バッファー回路12の構成例を示す。図7に示すように出力バッファー回路12は、NAND回路NAとインバーター回路IV1、IV2、IV3を含む。このように出力バッファー回路12は例えば複数の信号反転回路等のバッファー回路により構成される。そしてNAND回路NAの第1入力ノードに発振回路11からの発振クロック信号である発振信号OSCが入力され、第2入力ノードにロジック回路13からのイネーブル信号ENが入力される。例えば端子TOEから入力される出力イネーブル信号OEがアクティブなレベルであるハイレベルになると、イネーブル信号ENがハイレベルになって、発振信号OSCがNAND回路NAとインバーター回路IV1、IV2、IV3によりバッファリングされて、クロック信号CKとして出力される。一方、端子TOEから入力される出力イネーブル信号OEが非アクティブなレベルであるローレベルになると、イネーブル信号ENがローレベルになり、出力バッファー回路12の出力がローレベルに固定される。 Figure 7 shows an example of the configuration of the output buffer circuit 12. As shown in Figure 7, the output buffer circuit 12 includes a NAND circuit NA and inverter circuits IV1, IV2, and IV3. In this way, the output buffer circuit 12 is composed of buffer circuits such as a plurality of signal inversion circuits. An oscillation signal OSC, which is an oscillation clock signal from the oscillation circuit 11, is input to the first input node of the NAND circuit NA, and an enable signal EN from the logic circuit 13 is input to the second input node. For example, when the output enable signal OE input from the terminal TOE becomes a high level, which is an active level, the enable signal EN becomes a high level, and the oscillation signal OSC is buffered by the NAND circuit NA and the inverter circuits IV1, IV2, and IV3 and output as a clock signal CK. On the other hand, when the output enable signal OE input from the terminal TOE becomes a low level, which is an inactive level, the enable signal EN becomes a low level, and the output of the output buffer circuit 12 is fixed to a low level.

次に本実施形態の振動デバイス1の製造方法について説明する。図8は振動デバイス1の製造方法の一例を示す製造工程図である。 Next, a method for manufacturing the vibration device 1 of this embodiment will be described. Figure 8 is a manufacturing process diagram showing an example of a method for manufacturing the vibration device 1.

集積回路形成工程(S11)では、半導体基板20を準備し、図1、図2に示すように半導体基板20の下面である第2面22に集積回路10を形成する。再配置配線層形成工程(S12)では、例えば絶縁層80、配線82、外部接続端子91、92等を有する再配置配線層8を形成し、集積回路10のコンタクトパッド38、39等と外部接続端子91、92等とを電気的に接続する。ベース薄肉化工程(S13)では、半導体基板20の振動素子5の搭載面側である第1面21を研磨して、ベース2を薄肉化する。即ちベース2の薄板化を行う。 In the integrated circuit formation process (S11), a semiconductor substrate 20 is prepared, and an integrated circuit 10 is formed on the second surface 22, which is the lower surface of the semiconductor substrate 20, as shown in Figures 1 and 2. In the rearrangement wiring layer formation process (S12), a rearrangement wiring layer 8 having, for example, an insulating layer 80, wiring 82, external connection terminals 91, 92, etc. is formed, and contact pads 38, 39, etc. of the integrated circuit 10 are electrically connected to the external connection terminals 91, 92, etc. In the base thinning process (S13), the first surface 21, which is the mounting surface side of the vibration element 5 of the semiconductor substrate 20, is polished to thin the base 2. In other words, the base 2 is thinned.

孔形成工程(S14)では貫通孔を形成する。具体的には半導体基板20にドライエッチングで孔を形成し、更に図2の配線層30の第1金属層である金属層31までウェットエッチングで孔を形成する。絶縁層形成工程(S15)では、半導体基板20を熱酸化し、半導体基板20の表面、特に貫通孔の内面に酸化シリコン(SiO)又は樹脂層による絶縁膜である絶縁層44を形成する。貫通電極形成工程(S16)では、貫通孔内を銅等の導電性材料で埋めて、貫通電極40、41を形成する。振動素子配置工程(S17)では、振動素子5を準備し、この振動素子5を接合部材60、61を介して半導体基板20の第1面21に接合する。リッド接合工程(S18)では、リッド7を準備して、減圧環境下において、接合部材71、72を介してベース2にリッド7を接合する。個片化工程(S19)では、ダイシングソー等によって振動デバイス1の個片化を行う。以上により振動デバイス1が得られる。 In the hole forming step (S14), a through hole is formed. Specifically, a hole is formed in the semiconductor substrate 20 by dry etching, and a hole is further formed by wet etching up to the metal layer 31, which is the first metal layer of the wiring layer 30 in FIG. 2. In the insulating layer forming step (S15), the semiconductor substrate 20 is thermally oxidized to form an insulating layer 44, which is an insulating film made of silicon oxide (SiO 2 ) or a resin layer, on the surface of the semiconductor substrate 20, particularly on the inner surface of the through hole. In the through electrode forming step (S16), the through hole is filled with a conductive material such as copper to form the through electrodes 40, 41. In the vibration element arrangement step (S17), the vibration element 5 is prepared, and the vibration element 5 is bonded to the first surface 21 of the semiconductor substrate 20 via the bonding members 60, 61. In the lid bonding step (S18), the lid 7 is prepared, and the lid 7 is bonded to the base 2 via the bonding members 71, 72 in a reduced pressure environment. In the singulation step (S19), the vibration devices 1 are singulated using a dicing saw or the like. In this manner, the vibration devices 1 are obtained.

以上のように本実施形態では、各々が振動素子5と集積回路10を有する複数のベース2が形成された第1半導体ウェハーと、複数のリッド7が形成された第2半導体ウェハーとを貼りつけることで、複数のベース2と複数のリッド7を接合する。そして、その後に振動デバイス1の個片化を行うことで、多数の振動デバイス1を製造する。例えば縦、横が1mm~数mm程度、厚さが1mm未満の小型の振動デバイス1を製造する。このようにすれば、ウェハレベルパッケージ(WLP)の振動デバイス1の実現が可能になり、高スループット、且つ、低コストでの振動デバイス1の製造が可能になる。即ち振動素子5及び集積回路10を有する振動デバイス1を、ウェハーレベルのバッチ処理で一括製造することが可能になる。 As described above, in this embodiment, a first semiconductor wafer having a plurality of bases 2 each having a vibration element 5 and an integrated circuit 10 is attached to a second semiconductor wafer having a plurality of lids 7, thereby bonding the plurality of bases 2 and the plurality of lids 7. The vibration devices 1 are then singulated to manufacture a large number of vibration devices 1. For example, small vibration devices 1 having lengths and widths of about 1 mm to several mm and a thickness of less than 1 mm are manufactured. In this way, it is possible to realize a wafer-level package (WLP) vibration device 1, and it is possible to manufacture the vibration devices 1 at high throughput and low cost. In other words, it is possible to manufacture vibration devices 1 having vibration elements 5 and integrated circuits 10 collectively by wafer-level batch processing.

2.出力バッファー回路、コンタクトパッド、貫通電極の配置関係
図9は本実施形態の振動デバイス1での出力バッファー回路12、コンタクトパッド38、39、貫通電極40、41の配置関係を示す平面図である。また図9では、集積回路10の各回路の配置位置と、貫通電極40、41、コンタクトパッド36、37、68、69、外部接続端子91、92、93、94の配置位置の関係も示されている。図9は、Z軸方向マイナス側からベース2を見た平面視での平面図であり、集積回路10が形成されるベース2に対してZ軸方向プラス側に位置する貫通電極40、41の外形や、ベース2に対してZ軸方向マイナス側に位置する外部接続端子91、92、93、94の外形は、点線で示されている。図10は、振動デバイス1の底面での外部接続端子91、92、93、94の配置位置を示すものであり、Z軸方向マイナス側から振動デバイス1の底面を見た平面視での平面図である。なお図9、図10では外部接続端子91、92、93、94が矩形形状になっているが、これらの端子は厳密な矩形形状ではなくてもよく、例えばコーナー部が面取りされているような形状であってもよいし、矩形形状以外の形状であってもよい。また図9では、集積回路10が温度補償回路15、温度センサー回路16等を有する場合のレイアウト配置を示しているが、図4で説明したように、集積回路10は、温度補償回路15、温度センサー回路16等を有しない構成であってもよい。この場合には図9において、温度補償回路15、温度センサー回路16等の配置を無くし、その空き領域を詰めるレイアウト配置にすればよい。
2. Positional relationship of the output buffer circuit, contact pads, and through electrodes FIG. 9 is a plan view showing the positional relationship of the output buffer circuit 12, contact pads 38, 39, and through electrodes 40, 41 in the vibration device 1 of this embodiment. FIG. 9 also shows the relationship between the positions of the circuits of the integrated circuit 10 and the positions of the through electrodes 40, 41, contact pads 36, 37, 68, 69, and external connection terminals 91, 92, 93, 94. FIG. 9 is a plan view of the base 2 viewed from the negative side in the Z axis direction, and the outer shapes of the through electrodes 40, 41 located on the positive side of the Z axis direction with respect to the base 2 on which the integrated circuit 10 is formed, and the outer shapes of the external connection terminals 91, 92, 93, 94 located on the negative side of the Z axis direction with respect to the base 2 are shown by dotted lines. FIG. 10 shows the positions of the external connection terminals 91, 92, 93, 94 on the bottom surface of the vibration device 1, and is a plan view of the bottom surface of the vibration device 1 viewed from the negative side in the Z axis direction. 9 and 10, external connection terminals 91, 92, 93, and 94 are rectangular, but these terminals do not have to be strictly rectangular, and may be shaped, for example, with chamfered corners, or may be shaped in a way other than rectangular. Also, Fig. 9 shows a layout in which integrated circuit 10 includes temperature compensation circuit 15, temperature sensor circuit 16, etc., but as explained in Fig. 4, integrated circuit 10 may not include temperature compensation circuit 15, temperature sensor circuit 16, etc. In this case, the layout in Fig. 9 may be such that temperature compensation circuit 15, temperature sensor circuit 16, etc. are not provided, and the free space is filled up.

本実施形態の振動デバイス1は、上述のように、半導体基板20と、半導体基板20の第1面21と第2面22との間を貫通する貫通電極40、41とを含むベース2と、半導体基板20の第1面21に対して、導電性の接合部材60、61を介して固定される振動素子5と、半導体基板20の第2面22側に絶縁層80を介して設けられる外部接続端子91、92、93、94を含む。例えば振動デバイス1は、第1外部接続端子である外部接続端子91又は外部接続端子92を含む。そして半導体基板20の第2面22には、図9に示すように、発振回路11と出力バッファー回路12とコンタクトパッド38、39、68、69が配置されている。発振回路11は、貫通電極40、41を介して振動素子5に電気的に接続され、振動素子5を発振させて発振信号OSCを生成する。出力バッファー回路12は、発振信号OSCに基づくクロック信号CKを出力する。例えば発振信号OSCが出力バッファー回路12によりバッファリングされて、クロック信号CKとして出力される。そして出力バッファー回路12からのクロック信号CKが、コンタクトパッド38を介して外部接続端子91から振動デバイス1の外部に出力される。この出力バッファー回路12は、振動デバイス1の外部負荷を駆動する回路であるため、外部負荷の駆動時に例えば10mA以上の電流が流れる場合があり、発熱量が非常に大きい。 As described above, the vibration device 1 of this embodiment includes a semiconductor substrate 20, a base 2 including through electrodes 40, 41 penetrating between the first surface 21 and the second surface 22 of the semiconductor substrate 20, a vibration element 5 fixed to the first surface 21 of the semiconductor substrate 20 via conductive bonding members 60, 61, and external connection terminals 91, 92, 93, 94 provided on the second surface 22 side of the semiconductor substrate 20 via an insulating layer 80. For example, the vibration device 1 includes an external connection terminal 91 or an external connection terminal 92, which is a first external connection terminal. As shown in FIG. 9, an oscillation circuit 11, an output buffer circuit 12, and contact pads 38, 39, 68, 69 are arranged on the second surface 22 of the semiconductor substrate 20. The oscillation circuit 11 is electrically connected to the vibration element 5 via the through electrodes 40, 41, and oscillates the vibration element 5 to generate an oscillation signal OSC. The output buffer circuit 12 outputs a clock signal CK based on the oscillation signal OSC. For example, the oscillation signal OSC is buffered by the output buffer circuit 12 and output as a clock signal CK. The clock signal CK from the output buffer circuit 12 is then output from the external connection terminal 91 to the outside of the vibration device 1 via the contact pad 38. Since this output buffer circuit 12 is a circuit that drives an external load of the vibration device 1, a current of, for example, 10 mA or more may flow when driving the external load, and the amount of heat generated is very large.

そして半導体基板20の第2面22には、外部接続端子91、92、93、94に電気的に接続されているコンタクトパッド38、39、68、69が配置されている。ここで外部接続端子91、コンタクトパッド38は、クロック信号CKの出力用の端子、パッドである。外部接続端子92、コンタクトパッド39は、集積回路10へのVDDの供給用の端子、パッドである。外部接続端子93、コンタクトパッド68は、集積回路10へのGNDの供給用の端子、パッドである。外部接続端子94、コンタクトパッド69は、出力イネーブル信号OEの入力用の端子、パッドである。具体的には半導体基板20の第2面22には、第1コンタクトパッドであるコンタクトパッド39又はコンタクトパッド38が配置されている。第1コンタクトパッドであるコンタクトパッド39又はコンタクトパッド38は、第1外部接続端子である外部接続端子92又は外部接続端子91に電気的に接続されている。図1、図2に示すように、第1コンタクトパッドと第1外部接続端子の間には絶縁層80が介在しており、第1コンタクトパッドと第1外部接続端子は例えば再配置配線層8を介して電気的に接続されている。 And on the second surface 22 of the semiconductor substrate 20, contact pads 38, 39, 68, 69 electrically connected to external connection terminals 91, 92, 93, 94 are arranged. Here, the external connection terminal 91 and the contact pad 38 are terminals and pads for outputting the clock signal CK. The external connection terminal 92 and the contact pad 39 are terminals and pads for supplying VDD to the integrated circuit 10. The external connection terminal 93 and the contact pad 68 are terminals and pads for supplying GND to the integrated circuit 10. The external connection terminal 94 and the contact pad 69 are terminals and pads for inputting the output enable signal OE. Specifically, the contact pad 39 or the contact pad 38, which is the first contact pad, is arranged on the second surface 22 of the semiconductor substrate 20. The contact pad 39 or the contact pad 38, which is the first contact pad, is electrically connected to the external connection terminal 92 or the external connection terminal 91, which is the first external connection terminal. As shown in Figures 1 and 2, an insulating layer 80 is interposed between the first contact pad and the first external connection terminal, and the first contact pad and the first external connection terminal are electrically connected via, for example, a rearrangement wiring layer 8.

例えば図9には、第1コンタクトパッド、第1外部接続端子が、各々、VDD用のコンタクトパッド39、外部接続端子92である場合の配置関係が示されている。図9において、出力バッファー回路12と貫通電極40、41との距離をDbxとする。ここでは出力バッファー回路12の領域内の任意の点と貫通電極40、41の領域内の任意の点を結ぶ線の距離のうちの最短距離を、距離Dbxとしている。例えば出力バッファー回路12と貫通電極40との距離はDbx=Dbx1であり、出力バッファー回路12と貫通電極41との距離はDbx=Dbx2である。また出力バッファー回路12と第1コンタクトパッドであるコンタクトパッド39との距離をDbcとする。ここでは出力バッファー回路12の領域内の任意の点とコンタクトパッド39の領域内の任意の点を結ぶ線の距離のうちの最短距離を、距離Dbcとしている。この場合に図9に示すように本実施形態では、Dbc<Dbxの関係が成り立つ。例えばDbc<Dbx1、Dbc<Dbx2の関係が成り立っている。即ち、半導体基板20の第1面21に直交する方向での平面視において、貫通電極40、41よりも、コンタクトパッド39の方が出力バッファー回路12の近くに配置されている。即ち、発振回路11、出力バッファー回路12、コンタクトパッド39が形成されている半導体基板20に、振動素子5を接続固定した上で、半導体基板20の回路レイアウトにおいて、貫通電極40、41よりもコンタクトパッド39の方を出力バッファー回路12の近くに配置する。例えば平面視において、出力バッファー回路12に隣り合うようにコンタクトパッド39が配置される。例えば、その間に他の回路ブロックが介在しないように出力バッファー回路12とコンタクトパッド39が平面視において隣り合うように配置される。 For example, FIG. 9 shows the layout relationship when the first contact pad and the first external connection terminal are the contact pad 39 and the external connection terminal 92 for VDD, respectively. In FIG. 9, the distance between the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40 and 41 is Dbx. Here, the shortest distance among the distances between the lines connecting any point in the region of the output buffer circuit 12 and any point in the region of the through electrodes 40 and 41 is the distance Dbx. For example, the distance between the output buffer circuit 12 and the through electrode 40 is Dbx=Dbx1, and the distance between the output buffer circuit 12 and the through electrode 41 is Dbx=Dbx2. Also, the distance between the output buffer circuit 12 and the contact pad 39, which is the first contact pad, is Dbc. Here, the shortest distance among the distances between the lines connecting any point in the region of the output buffer circuit 12 and any point in the region of the contact pad 39 is the distance Dbc. In this case, as shown in FIG. 9, in this embodiment, the relationship Dbc<Dbx holds. For example, the relationship Dbc<Dbx1, Dbc<Dbx2 is established. That is, in a plan view in a direction perpendicular to the first surface 21 of the semiconductor substrate 20, the contact pad 39 is arranged closer to the output buffer circuit 12 than the through electrodes 40, 41. That is, after the vibration element 5 is connected and fixed to the semiconductor substrate 20 on which the oscillation circuit 11, the output buffer circuit 12, and the contact pad 39 are formed, the contact pad 39 is arranged closer to the output buffer circuit 12 than the through electrodes 40, 41 in the circuit layout of the semiconductor substrate 20. For example, the contact pad 39 is arranged so as to be adjacent to the output buffer circuit 12 in a plan view. For example, the output buffer circuit 12 and the contact pad 39 are arranged so as to be adjacent to each other in a plan view so that no other circuit block is interposed between them.

即ち本実施形態のようなWLPの振動デバイス1では、半導体基板20に振動素子5が接合部材60、61を介して直接的に固定されるため、出力バッファー回路12での発熱が振動素子5に伝わりやすい。そして出力バッファー回路12は、振動デバイス1の外部負荷を駆動する回路であるため、外部負荷の駆動時に大きな電流が流れ、発熱量が非常に大きい。従って、このような発熱量が大きな出力バッファー回路12での発熱が、振動素子5の発振特性に悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。 That is, in a WLP vibration device 1 such as that of this embodiment, the vibration element 5 is directly fixed to the semiconductor substrate 20 via the bonding members 60, 61, so heat generated in the output buffer circuit 12 is easily transmitted to the vibration element 5. And since the output buffer circuit 12 is a circuit that drives an external load for the vibration device 1, a large current flows when the external load is driven, and the amount of heat generated is very large. Therefore, the heat generated in the output buffer circuit 12, which generates a large amount of heat, may adversely affect the oscillation characteristics of the vibration element 5.

この点、本実施形態の振動デバイス1では、出力バッファー回路12とコンタクトパッド39との距離Dbcと、出力バッファー回路12と貫通電極40、41との距離Dbxとの間に、Dbc<Dbxの関係が成り立ち、出力バッファー回路12の近傍にコンタクトパッド39が配置されている。そして、このコンタクトパッド39は、図1、図2に示すように、外部の回路基板等の端子や配線が接続される外部接続端子92に接続される。従って、出力バッファー回路12で発生した熱が、コンタクトパッド39から、コンタクトパッド39に接続される外部接続端子92を介して、振動デバイス1が実装された回路基板等に放熱されやすくなる。即ち、WLPにより実現される小型の振動デバイス1や小面積の集積回路10は熱容量が小さいが、外部の端子、配線や当該端子、配線が形成される回路基板等は熱容量が大きい。また外部接続端子92はコンタクトパッド39よりも面積が大きく、熱容量が大きいため、図1、図2に示すようにコンタクトパッド39から、その下方の外部接続端子92に対して、ショートパスの熱伝導経路で熱が伝達するようになる。ここでコンタクトパッド39は、例えば一辺が70μm~100μm程度の面積であり、外部接続端子92は、例えば1辺が0.19mm程度以上の面積である。従って、出力バッファー回路12で発生した熱が、コンタクトパッド39から、コンタクトパッド39に接続される外部接続端子92を介して、外部に容易に放熱されるようになる。この結果、出力バッファー回路12の発熱を原因とする振動デバイス1の発振特性の劣化を効果的に抑制することが可能になる。 In this respect, in the vibration device 1 of this embodiment, the relationship Dbc<Dbx is established between the distance Dbc between the output buffer circuit 12 and the contact pad 39 and the distance Dbx between the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40 and 41, and the contact pad 39 is disposed near the output buffer circuit 12. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the contact pad 39 is connected to an external connection terminal 92 to which terminals and wiring of an external circuit board or the like are connected. Therefore, heat generated in the output buffer circuit 12 is easily dissipated from the contact pad 39 to the circuit board or the like on which the vibration device 1 is mounted via the external connection terminal 92 connected to the contact pad 39. That is, the small vibration device 1 and the small-area integrated circuit 10 realized by WLP have a small heat capacity, but the external terminals, wiring, and the circuit board on which the terminals and wiring are formed have a large heat capacity. In addition, since the external connection terminal 92 has a larger area and a larger heat capacity than the contact pad 39, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, heat is transferred from the contact pad 39 to the external connection terminal 92 below it through a short-path heat conduction path. Here, the contact pad 39 has an area of, for example, about 70 μm to 100 μm on one side, and the external connection terminal 92 has an area of, for example, about 0.19 mm or more on one side. Therefore, heat generated in the output buffer circuit 12 is easily dissipated from the contact pad 39 to the outside via the external connection terminal 92 connected to the contact pad 39. As a result, it is possible to effectively suppress deterioration of the oscillation characteristics of the vibration device 1 caused by heat generation in the output buffer circuit 12.

また図11は、第1コンタクトパッド、第1外部接続端子が、各々、クロック信号CK用のコンタクトパッド38、外部接続端子91である場合の配置関係が示されている。図11において、出力バッファー回路12と貫通電極40、41との距離をDbxとし、出力バッファー回路12と第1コンタクトパッドであるコンタクトパッド38との距離をDbcとした場合に、Dbc<Dbxの関係が成り立つ。即ち、平面視において、貫通電極40、41よりも、コンタクトパッド38の方が出力バッファー回路12の近くに配置されている。例えば平面視において、出力バッファー回路12に隣り合うようにコンタクトパッド38が配置される。例えば、その間に他の回路ブロックが介在しないように出力バッファー回路12とコンタクトパッド38が平面視において隣り合うように配置される。このように出力バッファー回路12の近傍にコンタクトパッド38が配置されることで、出力バッファー回路12で発生した熱が、コンタクトパッド38から、コンタクトパッド38に接続される外部接続端子91を介して、振動デバイス1が実装された回路基板等に放熱されやすくなる。従って、出力バッファー回路12の発熱を原因とする振動デバイス1の発振特性の劣化を抑制できるようになる。 Figure 11 also shows the layout relationship when the first contact pad and the first external connection terminal are the contact pad 38 and the external connection terminal 91 for the clock signal CK, respectively. In Figure 11, if the distance between the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40 and 41 is Dbx, and the distance between the output buffer circuit 12 and the contact pad 38, which is the first contact pad, is Dbc, then the relationship Dbc < Dbx holds. That is, in a plan view, the contact pad 38 is arranged closer to the output buffer circuit 12 than the through electrodes 40 and 41. For example, in a plan view, the contact pad 38 is arranged so as to be adjacent to the output buffer circuit 12. For example, the output buffer circuit 12 and the contact pad 38 are arranged so as to be adjacent to each other in a plan view so that no other circuit block is interposed between them. By arranging the contact pads 38 in the vicinity of the output buffer circuit 12 in this manner, heat generated in the output buffer circuit 12 is easily dissipated from the contact pads 38 to a circuit board or the like on which the vibration device 1 is mounted, via the external connection terminals 91 connected to the contact pads 38. Therefore, it is possible to suppress deterioration of the oscillation characteristics of the vibration device 1 caused by heat generation in the output buffer circuit 12.

また本実施形態では、ベース2は、辺SD1と、辺SD1に対向する辺SD2を有する。辺SD1は第1辺であり、辺SD2は第2辺である。またベース2は辺SD3と、辺SD3に対向する辺SD4を有する。辺SD3は第3辺であり、辺SD4は第4辺である。例えばベース2は、平面視において、辺SD1、SD2、SD3、SD4を有する矩形形状になっている。なお矩形形状は、厳密な矩形形状である必要は無く、例えばコーナー部が面取りされているような形状であってもよい。 In this embodiment, the base 2 has a side SD1 and a side SD2 opposite the side SD1. Side SD1 is the first side, and side SD2 is the second side. The base 2 also has a side SD3 and a side SD4 opposite the side SD3. Side SD3 is the third side, and side SD4 is the fourth side. For example, the base 2 has a rectangular shape having sides SD1, SD2, SD3, and SD4 in a plan view. Note that the rectangular shape does not need to be a strict rectangular shape, and may be a shape in which the corners are chamfered, for example.

そして図9に示すように、辺SD1から辺SD2へと、貫通電極40、41、コンタクトパッド39、出力バッファー回路12の順に配置される。例えば貫通電極40、41の領域と出力バッファー回路12の領域の間の領域に、第1コンタクトパッドであるコンタクトパッド39が配置される。例えば辺SD1と辺SD2との間の中心線をCLとする。例えば辺SD1と中心線CLとの距離と、辺SD2と中心線CLとの距離は等しい。この場合に、貫通電極40、41は、例えば、辺SD1と中心線CLとの間の領域である第1領域に配置される。一方、出力バッファー回路12は、辺SD2と中心線CLとの間の領域である第2領域に配置される。そしてコンタクトパッド39は、貫通電極40、41の領域と出力バッファー回路12の領域の間の領域において、出力バッファー回路12に近い位置に配置される。 As shown in FIG. 9, the through electrodes 40 and 41, the contact pad 39, and the output buffer circuit 12 are arranged in this order from side SD1 to side SD2. For example, the contact pad 39, which is a first contact pad, is arranged in the region between the through electrodes 40 and 41 and the output buffer circuit 12. For example, the center line between the side SD1 and the side SD2 is CL. For example, the distance between the side SD1 and the center line CL is equal to the distance between the side SD2 and the center line CL. In this case, the through electrodes 40 and 41 are arranged in the first region, which is the region between the side SD1 and the center line CL. On the other hand, the output buffer circuit 12 is arranged in the second region, which is the region between the side SD2 and the center line CL. And the contact pad 39 is arranged in a position close to the output buffer circuit 12 in the region between the through electrodes 40 and 41 and the output buffer circuit 12.

このように、貫通電極40、41、コンタクトパッド39、出力バッファー回路12の順に配置されることで、出力バッファー回路12での発熱は、コンタクトパッド39に熱伝達された後に、貫通電極40、41に熱伝達されるようになる。従って、出力バッファー回路12での発熱が、貫通電極40、41を介して振動素子5に熱伝達される前に、コンタクトパッド39から外部接続端子92を介して、振動デバイス1の外部に放熱されやすくなる。従って、出力バッファー回路12の発熱を原因とする振動デバイス1の発振特性の劣化を抑制できるようになる。 In this manner, by arranging the through electrodes 40, 41, the contact pad 39, and the output buffer circuit 12 in this order, heat generated in the output buffer circuit 12 is transferred to the contact pad 39, and then to the through electrodes 40, 41. Therefore, the heat generated in the output buffer circuit 12 is more likely to be dissipated from the contact pad 39 to the outside of the vibration device 1 via the external connection terminal 92 before being transferred to the vibration element 5 via the through electrodes 40, 41. Therefore, it is possible to suppress deterioration of the oscillation characteristics of the vibration device 1 caused by heat generated in the output buffer circuit 12.

また図9では第1コンタクトパッドは、電源電圧であるVDDが供給されるコンタクトパッド39である。即ち、外部からのVDDが供給される外部接続端子92に電気的に接続されるコンタクトパッド39が第1コンタクトパッドであり、このVDD用のコンタクトパッド39と出力バッファー回路12との距離Dbcが、出力バッファー回路12と貫通電極40、41との距離Dbxよりも小さくなっている。そしてコンタクトパッド39が接続されるVDD用の外部接続端子92は、外部のVDD用の端子や配線に接続され、このVDD用の端子や配線は熱容量が大きい。従って、出力バッファー回路12で発生した熱が、コンタクトパッド39から、VDD用の外部接続端子92を介して、振動デバイス1が実装された回路基板等に放熱されるようになり、出力バッファー回路12の発熱を原因とする振動デバイス1の発振特性の劣化を抑制できるようになる。 In FIG. 9, the first contact pad is the contact pad 39 to which the power supply voltage VDD is supplied. That is, the contact pad 39 electrically connected to the external connection terminal 92 to which VDD is supplied from the outside is the first contact pad, and the distance Dbc between this VDD contact pad 39 and the output buffer circuit 12 is smaller than the distance Dbx between the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40 and 41. The external connection terminal 92 for VDD to which the contact pad 39 is connected is connected to an external terminal or wiring for VDD, and the terminal or wiring for VDD has a large heat capacity. Therefore, the heat generated in the output buffer circuit 12 is dissipated from the contact pad 39 through the external connection terminal 92 for VDD to the circuit board on which the vibration device 1 is mounted, etc., and deterioration of the oscillation characteristics of the vibration device 1 caused by heat generation in the output buffer circuit 12 can be suppressed.

一方、図11では、第1コンタクトパッドはコンタクトパッド38であり、ベース2の辺SD1から辺SD2へと、貫通電極40、41、出力バッファー回路12、コンタクトパッド38の順に配置される。例えば出力バッファー回路12と辺SD1の間の領域に貫通電極40、41が配置され、出力バッファー回路12と辺SD2の間の領域にコンタクトパッド38が配置される。例えば貫通電極40、41は、辺SD1と中心線CLとの間の領域である第1領域に配置される。一方、出力バッファー回路12及びコンタクトパッド38は、辺SD2と中心線CLとの間の領域である第2領域に配置されると共に、コンタクトパッド38は、出力バッファー回路12と辺SD2の間の領域であって、出力バッファー回路12に近い位置に配置される。 On the other hand, in FIG. 11, the first contact pad is contact pad 38, and the through electrodes 40 and 41, the output buffer circuit 12, and the contact pad 38 are arranged in this order from side SD1 to side SD2 of the base 2. For example, the through electrodes 40 and 41 are arranged in the region between the output buffer circuit 12 and side SD1, and the contact pad 38 is arranged in the region between the output buffer circuit 12 and side SD2. For example, the through electrodes 40 and 41 are arranged in the first region, which is the region between side SD1 and the center line CL. On the other hand, the output buffer circuit 12 and the contact pad 38 are arranged in the second region, which is the region between side SD2 and the center line CL, and the contact pad 38 is arranged in the region between the output buffer circuit 12 and side SD2, close to the output buffer circuit 12.

このように、貫通電極40、41、出力バッファー回路12、コンタクトパッド38の順に配置されることで、出力バッファー回路12での発熱が、貫通電極40、41を介して振動素子5に熱伝達される前に、コンタクトパッド38から外部接続端子91を介して、振動デバイス1の外部に放熱されやすくなる。従って、出力バッファー回路12の発熱を原因とする振動デバイス1の発振特性の劣化を抑制できるようになる。 In this manner, by arranging the through electrodes 40, 41, the output buffer circuit 12, and the contact pad 38 in that order, heat generated in the output buffer circuit 12 is more likely to be dissipated from the contact pad 38 to the outside of the vibration device 1 via the external connection terminal 91 before being transferred to the vibration element 5 via the through electrodes 40, 41. Therefore, it is possible to suppress deterioration of the oscillation characteristics of the vibration device 1 caused by heat generated by the output buffer circuit 12.

また図11では第1コンタクトパッドは、クロック信号CKが出力されるクロック信号出力用のコンタクトパッドである。即ち、外部に対してクロック信号CKが出力される外部接続端子91に電気的に接続されるコンタクトパッド38が第1コンタクトパッドであり、このクロック信号出力用のコンタクトパッド38と出力バッファー回路12との距離Dbcが、出力バッファー回路12と貫通電極40、41との距離Dbxよりも小さくなっている。そしてコンタクトパッド38が接続されるクロック信号出力用の外部接続端子91は、外部のクロック信号用の端子や配線に接続される。従って、出力バッファー回路12で発生した熱が、コンタクトパッド38から、クロック信号出力用の外部接続端子91を介して、振動デバイス1が実装された回路基板等に放熱されるようになり、出力バッファー回路12の発熱を原因とする振動デバイス1の発振特性の劣化を抑制できるようになる。なお図9、図11では、第1コンタクトパッド、第1外部接続端子が、VDD用又はクロック信号CK用のコンタクトパッド、外部接続端子である場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。第1コンタクトパッド、第1外部接続端子は、例えばGND用や定電位信号用のコンタクトパッド、外部接続端子であってもよい。 In addition, in FIG. 11, the first contact pad is a contact pad for outputting a clock signal CK. That is, the contact pad 38 electrically connected to the external connection terminal 91 through which the clock signal CK is output to the outside is the first contact pad, and the distance Dbc between the contact pad 38 for outputting the clock signal and the output buffer circuit 12 is smaller than the distance Dbx between the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40, 41. The external connection terminal 91 for outputting the clock signal to which the contact pad 38 is connected is connected to a terminal or wiring for an external clock signal. Therefore, the heat generated in the output buffer circuit 12 is dissipated from the contact pad 38 through the external connection terminal 91 for outputting the clock signal to a circuit board or the like on which the vibration device 1 is mounted, and deterioration of the oscillation characteristics of the vibration device 1 caused by heat generation in the output buffer circuit 12 can be suppressed. Note that in FIG. 9 and FIG. 11, the first contact pad and the first external connection terminal are contact pads and external connection terminals for VDD or clock signal CK, but this embodiment is not limited to this. The first contact pad and the first external connection terminal may be, for example, a contact pad and an external connection terminal for GND or a constant potential signal.

また本実施形態では、振動デバイス1は、半導体基板20の第2面22側に絶縁層80を介して設けられる第1外部接続端子と第2外部接続端子を含む。また第2面22には、第1外部接続端子に電気的に接続される第1コンタクトパッドと、第2外部接続端子に電気的に接続される第2コンタクトパッドが配置されている。例えば図12において、第1外部接続端子は外部接続端子92であり、第2外部接続端子は外部接続端子91である。また第1コンタクトパッドはコンタクトパッド39であり、第2コンタクトパッドはコンタクトパッド38である。そして出力バッファー回路12と第1コンタクトパッドであるコンタクトパッド39との距離をDbc1とし、出力バッファー回路12と第2コンタクトパッドであるコンタクトパッド38との距離をDbc2したとき、Dbc1<Dbx、且つ、Dbc2<Dbxが成り立つ。そして図12に示すように、半導体基板20の第1面21に直交する方向からの平面視において、コンタクトパッド39とコンタクトパッド38との間に出力バッファー回路12が配置される。具体的には、コンタクトパッド39とコンタクトパッド38との間に出力バッファー回路12の少なくとも一部が配置される。 In this embodiment, the vibration device 1 includes a first external connection terminal and a second external connection terminal provided on the second surface 22 side of the semiconductor substrate 20 via an insulating layer 80. A first contact pad electrically connected to the first external connection terminal and a second contact pad electrically connected to the second external connection terminal are arranged on the second surface 22. For example, in FIG. 12, the first external connection terminal is external connection terminal 92, and the second external connection terminal is external connection terminal 91. The first contact pad is contact pad 39, and the second contact pad is contact pad 38. When the distance between the output buffer circuit 12 and the first contact pad, contact pad 39, is Dbc1, and the distance between the output buffer circuit 12 and the second contact pad, contact pad 38, is Dbc2, Dbc1<Dbx and Dbc2<Dbx hold. 12, in a plan view from a direction perpendicular to the first surface 21 of the semiconductor substrate 20, the output buffer circuit 12 is disposed between the contact pad 39 and the contact pad 38. Specifically, at least a portion of the output buffer circuit 12 is disposed between the contact pad 39 and the contact pad 38.

このようにすれば、出力バッファー回路12での発熱が、コンタクトパッド39を介して外部接続端子92から外部に放熱されると共に、コンタクトパッド38を介して外部接続端子91からも外部に放熱されるようになる。即ち出力バッファー回路12での発熱が、2つのコンタクトパッド39、38を介した2つの熱伝導経路により放熱されるようになるため、出力バッファー回路12での発熱が更に放熱されやすくなる。従って、出力バッファー回路12の発熱を原因とする振動デバイス1の発振特性の劣化を更に効果的に抑制できるようになる。 In this way, heat generated in the output buffer circuit 12 is dissipated to the outside from the external connection terminal 92 via the contact pad 39, and also from the external connection terminal 91 via the contact pad 38. In other words, heat generated in the output buffer circuit 12 is dissipated through two heat conduction paths via the two contact pads 39 and 38, making it even easier for the heat generated in the output buffer circuit 12 to be dissipated. Therefore, deterioration of the oscillation characteristics of the vibration device 1 caused by heat generated in the output buffer circuit 12 can be more effectively suppressed.

また半導体基板20の第2面22には、出力バッファー回路12と貫通電極40、41との間に、発振信号OSCの温度補償を行う温度補償回路15が配置される。例えば出力バッファー回路12と貫通電極40、41とを結ぶ領域の範囲内に温度補償回路15の少なくとも一部が配置される。例えば出力バッファー回路12から貫通電極40、41へと向かう方向をDRとした場合に、出力バッファー回路12の方向DR側に温度補償回路15が配置され、温度補償回路15の方向DR側に貫通電極40、41が配置される。また貫通電極40、41の方向DR側に温度センサー回路16が配置される。 A temperature compensation circuit 15 that performs temperature compensation for the oscillation signal OSC is disposed on the second surface 22 of the semiconductor substrate 20 between the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40, 41. For example, at least a part of the temperature compensation circuit 15 is disposed within the range of the area connecting the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40, 41. For example, if the direction from the output buffer circuit 12 to the through electrodes 40, 41 is designated as DR, the temperature compensation circuit 15 is disposed on the direction DR side of the output buffer circuit 12, and the through electrodes 40, 41 are disposed on the direction DR side of the temperature compensation circuit 15. In addition, a temperature sensor circuit 16 is disposed on the direction DR side of the through electrodes 40, 41.

例えば温度補償回路15は、出力バッファー回路12に比べると消費電流が小さく、出力バッファー回路12よりも発熱しにくい回路ブロックである。従って、このような温度補償回路15を、出力バッファー回路12と貫通電極40、41との間に配置することで、出力バッファー回路12の発熱が貫通電極40、41を介して振動素子5に伝わりにくくなり、出力バッファー回路12の発熱を原因とする振動デバイス1の発振特性の劣化を抑制できるようになる。また限られた集積回路10のレイアウト面積の中で、集積回路10の各回路ブロックを効率的に配置できるようになるため、集積回路10のレイアウト面積の小面積化を実現できるようになる。 For example, the temperature compensation circuit 15 is a circuit block that consumes less current than the output buffer circuit 12 and is less likely to generate heat than the output buffer circuit 12. Therefore, by arranging such a temperature compensation circuit 15 between the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40, 41, the heat generated by the output buffer circuit 12 is less likely to be transmitted to the vibration element 5 via the through electrodes 40, 41, and deterioration of the oscillation characteristics of the vibration device 1 caused by heat generated by the output buffer circuit 12 can be suppressed. In addition, since each circuit block of the integrated circuit 10 can be efficiently arranged within the limited layout area of the integrated circuit 10, it is possible to reduce the layout area of the integrated circuit 10.

また図12では出力バッファー回路12が辺SD3に沿って配置されているが、図13に示すように出力バッファー回路12を辺SD2に沿って配置するようにしてもよい。例えば出力バッファー回路12の長辺が辺SD2に沿うように出力バッファー回路12を配置する。そして図13に示すように、半導体基板20の第2面22には、出力バッファー回路12と貫通電極40、41との間に、ロジック回路13が配置される。例えば集積回路10における種々の制御を行う制御回路であるロジック回路13が、出力バッファー回路12と貫通電極40、41との間に配置される。なお、図12と同様に図13においても、温度補償回路15は、出力バッファー回路12と貫通電極40、41との間に配置されている。 In addition, while the output buffer circuit 12 is arranged along side SD3 in FIG. 12, the output buffer circuit 12 may be arranged along side SD2 as shown in FIG. 13. For example, the output buffer circuit 12 is arranged so that the long side of the output buffer circuit 12 is along side SD2. As shown in FIG. 13, a logic circuit 13 is arranged between the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40 and 41 on the second surface 22 of the semiconductor substrate 20. For example, the logic circuit 13, which is a control circuit that performs various controls in the integrated circuit 10, is arranged between the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40 and 41. Note that, as in FIG. 12, the temperature compensation circuit 15 is arranged between the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40 and 41 in FIG. 13 as well.

例えばロジック回路13は、出力バッファー回路12に比べると消費電流が小さく、出力バッファー回路12よりも発熱しにくい回路ブロックである。従って、このようなロジック回路13を、出力バッファー回路12と貫通電極40、41との間に配置することで、出力バッファー回路12の発熱が貫通電極40、41を介して振動素子5に伝わりにくくなり、出力バッファー回路12の発熱を原因とする振動デバイス1の発振特性の劣化を抑制できるようになる。また限られた集積回路10のレイアウト面積の中で、集積回路10の各回路ブロックを効率的に配置できるようになるため、集積回路10のレイアウト面積の小面積化を実現できるようになる。 For example, the logic circuit 13 is a circuit block that consumes less current than the output buffer circuit 12 and is less likely to generate heat than the output buffer circuit 12. Therefore, by arranging such a logic circuit 13 between the output buffer circuit 12 and the through electrodes 40, 41, the heat generated by the output buffer circuit 12 is less likely to be transmitted to the vibration element 5 via the through electrodes 40, 41, and deterioration of the oscillation characteristics of the vibration device 1 caused by heat generated by the output buffer circuit 12 can be suppressed. In addition, each circuit block of the integrated circuit 10 can be efficiently arranged within the limited layout area of the integrated circuit 10, thereby making it possible to reduce the layout area of the integrated circuit 10.

また本実施形態では、半導体基板20の第2面22には、温度センサー回路16が配置される。そして貫通電極40、41は、出力バッファー回路12と温度センサー回路16との間に配置される。例えば出力バッファー回路12から温度センサー回路16へと向かう方向をDRとした場合に、出力バッファー回路12の方向DR側に貫通電極40、41が配置され、貫通電極40、41の方向DR側に温度センサー回路16が配置される。例えば辺SD1から辺SD2へと、温度センサー回路16、貫通電極40、41、出力バッファー回路12の順に配置されていると言うこともできる。 In this embodiment, the temperature sensor circuit 16 is disposed on the second surface 22 of the semiconductor substrate 20. The through electrodes 40, 41 are disposed between the output buffer circuit 12 and the temperature sensor circuit 16. For example, if the direction from the output buffer circuit 12 to the temperature sensor circuit 16 is designated as DR, the through electrodes 40, 41 are disposed on the direction DR side of the output buffer circuit 12, and the temperature sensor circuit 16 is disposed on the direction DR side of the through electrodes 40, 41. For example, it can be said that the temperature sensor circuit 16, the through electrodes 40, 41, and the output buffer circuit 12 are disposed in this order from side SD1 to side SD2.

例えば振動デバイス1の起動時において、出力バッファー回路12が発熱した際に、その発熱の影響が温度センサー回路16に現れるまでの時間より、振動素子5が加熱されて、加熱の影響が発振周波数に現れるまでの時間の方が長い。従って、貫通電極40、41が出力バッファー回路12と温度センサー回路16の間に配置されるように、出力バッファー回路12、貫通電極40、41、温度センサー回路16を配置することで、温度センサー回路16よりも、貫通電極40、41に電気的に接続されている振動素子5の方が、出力バッファー回路12の発熱の影響を受けやすくなる。例えば出力バッファー回路12の発熱が、貫通電極40、41を介して振動素子5に伝達され、それ以降に温度センサー回路16に伝達されるようになる。これにより、温度センサー回路16の検出温度と振動素子5の実温度とを近づけることができ、温度センサー回路16での検出温度と振動素子5の実温度との間の誤差を原因とする発振特性の劣化の発生を抑制できるようになる。 For example, when the vibration device 1 is started, when the output buffer circuit 12 generates heat, the time until the vibration element 5 is heated and the effect of the heating appears in the oscillation frequency is longer than the time until the effect of the heat appears in the temperature sensor circuit 16. Therefore, by arranging the output buffer circuit 12, the through electrodes 40, 41, and the temperature sensor circuit 16 so that the through electrodes 40, 41 are arranged between the output buffer circuit 12 and the temperature sensor circuit 16, the vibration element 5 electrically connected to the through electrodes 40, 41 is more susceptible to the effect of the heat generated by the output buffer circuit 12 than the temperature sensor circuit 16. For example, the heat generated by the output buffer circuit 12 is transmitted to the vibration element 5 through the through electrodes 40, 41, and then transmitted to the temperature sensor circuit 16. This allows the detected temperature of the temperature sensor circuit 16 to approach the actual temperature of the vibration element 5, and makes it possible to suppress the occurrence of deterioration of the oscillation characteristics caused by the error between the detected temperature in the temperature sensor circuit 16 and the actual temperature of the vibration element 5.

なお図12、図13において辺SD1から辺SD2に向かう方向を第1方向とし、辺SD3から辺SD4に向かう方向を第2方向とする。第1方向はX軸に沿った方向であり、第2方向はY軸に沿った方向である。また第1方向の反対方向を第3方向とし、第2方向の反対方向を第4方向とする。このとき、辺SD1の第1方向側に発振回路11が配置され、発振回路11の第1方向側に貫通電極40、41が配置される。また発振回路11の第2方向側に温度センサー回路16が配置される。また貫通電極40、41の第1方向側に、出力バッファー回路12、ロジック回路13、電源回路14、温度補償回路15、メモリー17が配置される。即ち貫通電極40、41と辺SD2との間の領域に、出力バッファー回路12、ロジック回路13、電源回路14、温度補償回路15、メモリー17が配置される。そして図12では、出力バッファー回路12の第2方向側に温度補償回路15が配置され、温度補償回路15の第2方向側にロジック回路13、電源回路14が配置され、ロジック回路13の第2方向側にメモリー17が配置される。一方、図13では、出力バッファー回路12の第3方向側にロジック回路13、温度補償回路15が配置される。そしてロジック回路13の第3方向側に電源回路14が配置され、ロジック回路13の第2方向側にメモリー17が配置される。第3方向は、第1方向の反対方向であり、辺SD2から辺SD1に向かう方向である。 12 and 13, the direction from side SD1 to side SD2 is the first direction, and the direction from side SD3 to side SD4 is the second direction. The first direction is along the X-axis, and the second direction is along the Y-axis. The opposite direction to the first direction is the third direction, and the opposite direction to the second direction is the fourth direction. At this time, the oscillator circuit 11 is arranged on the first direction side of the side SD1, and the through electrodes 40 and 41 are arranged on the first direction side of the oscillator circuit 11. The temperature sensor circuit 16 is arranged on the second direction side of the oscillator circuit 11. The output buffer circuit 12, logic circuit 13, power supply circuit 14, temperature compensation circuit 15, and memory 17 are arranged on the first direction side of the through electrodes 40 and 41. That is, the output buffer circuit 12, logic circuit 13, power supply circuit 14, temperature compensation circuit 15, and memory 17 are arranged in the area between the through electrodes 40 and 41 and the side SD2. In FIG. 12, the temperature compensation circuit 15 is arranged on the second direction side of the output buffer circuit 12, the logic circuit 13 and the power supply circuit 14 are arranged on the second direction side of the temperature compensation circuit 15, and the memory 17 is arranged on the second direction side of the logic circuit 13. On the other hand, in FIG. 13, the logic circuit 13 and the temperature compensation circuit 15 are arranged on the third direction side of the output buffer circuit 12. The power supply circuit 14 is arranged on the third direction side of the logic circuit 13, and the memory 17 is arranged on the second direction side of the logic circuit 13. The third direction is the opposite direction to the first direction, and is the direction from side SD2 toward side SD1.

また図1、図2に示すように接合部材60は、一端が振動素子5に電気的に接続され、他端が貫通電極40に電気的に接続されるバンプ62を含む。なお接合部材61も、バンプ62と同様の不図示のバンプを含むが、ここでは説明を省略する。例えば図1、図2では、バンプ62の他端は、端子64を介して貫通電極40に電気的に接続される。バンプ62としては、例えば金バンプ、銀バンプ、銅バンプ、はんだバンプなどの金属バンプを用いることができる。このような金属バンプ等のバンプ62を接合部材60として用いることで、出力バッファー回路12での発熱が、貫通電極40等からバンプ62等を介して振動素子5に伝わりやすくなる。そして、出力バッファー回路12の発熱による振動素子5の実温度を温度センサー回路16を用いて、少ない誤差で検出することが可能になる。 1 and 2, the joining member 60 includes a bump 62 whose one end is electrically connected to the vibration element 5 and whose other end is electrically connected to the through electrode 40. The joining member 61 also includes a bump (not shown) similar to the bump 62, but its description is omitted here. For example, in FIG. 1 and FIG. 2, the other end of the bump 62 is electrically connected to the through electrode 40 via a terminal 64. As the bump 62, for example, a metal bump such as a gold bump, a silver bump, a copper bump, or a solder bump can be used. By using such a bump 62 such as a metal bump as the joining member 60, the heat generated in the output buffer circuit 12 is easily transmitted from the through electrode 40, etc., through the bump 62, etc. to the vibration element 5. Then, the actual temperature of the vibration element 5 caused by the heat generated by the output buffer circuit 12 can be detected with a small error using the temperature sensor circuit 16.

また本実施形態では図1に示すように、振動デバイス1は、振動素子5を収容するようにベース2に接合されているリッド7を含む。例えばリッド7は接合部材71、72によりベース2に接合される。このようなリッド7を設ければ、ベース2とリッド7を接合することで形成される収容空間SPに、振動素子5を配置できるようになる。例えば気密封止された収容空間SPに振動素子5を配置できるようになり、振動素子5等を衝撃、埃、熱又は湿気等から好適に保護することが可能になる。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, the vibration device 1 includes a lid 7 that is joined to the base 2 so as to house the vibration element 5. For example, the lid 7 is joined to the base 2 by joining members 71 and 72. By providing such a lid 7, the vibration element 5 can be arranged in a housing space SP that is formed by joining the base 2 and the lid 7. For example, the vibration element 5 can be arranged in a hermetically sealed housing space SP, which makes it possible to suitably protect the vibration element 5 and the like from impact, dust, heat, moisture, and the like.

ここでリッド7は、ベース2と同様に、シリコン基板により実現できる。これによりベース2とリッド7との線膨張係数が等しくなり、熱膨張に起因する熱応力の発生が抑えられ、優れた振動特性を有する振動デバイス1を実現できる。またベース2とリッド7の両方を半導体製造プロセスによって形成することができる。従って、振動デバイス1を精度良く製造することが可能になると共に、その小型化を図ることができる。但し、リッド7は、シリコン基板には限定されず、Ge、GaP、GaAs、InP等の半導体基板により実現されてもよい。 Here, the lid 7 can be realized by a silicon substrate, like the base 2. This makes the linear expansion coefficients of the base 2 and the lid 7 equal, suppressing the occurrence of thermal stress caused by thermal expansion, and realizing a vibration device 1 with excellent vibration characteristics. In addition, both the base 2 and the lid 7 can be formed by a semiconductor manufacturing process. Therefore, it is possible to manufacture the vibration device 1 with high precision and to reduce its size. However, the lid 7 is not limited to a silicon substrate, and may be realized by a semiconductor substrate such as Ge, GaP, GaAs, or InP.

なお振動デバイス1は、ベース2に接合されるリッド7を含まない構成としてもよい。例えば第1面21側に振動素子5が配置され、第2面22に集積回路10が形成されたベース2を、別のパッケージに収容したり、恒温槽付水晶発振器(OCXO)において恒温槽となる容器に収容するようにしてもよい。 The vibration device 1 may be configured not to include the lid 7 joined to the base 2. For example, the base 2 in which the vibration element 5 is arranged on the first surface 21 and the integrated circuit 10 is formed on the second surface 22 may be housed in a separate package or in a container that serves as a thermostatic bath in an oven-controlled crystal oscillator (OCXO).

また本実施形態では、出力バッファー回路12と貫通電極41との距離に比べて、温度センサー回路16と貫通電極41との距離が小さくなっており、温度センサー回路16が、出力バッファー回路12よりも貫通電極41の近くに配置されている。 In addition, in this embodiment, the distance between the temperature sensor circuit 16 and the through electrode 41 is smaller than the distance between the output buffer circuit 12 and the through electrode 41, and the temperature sensor circuit 16 is disposed closer to the through electrode 41 than the output buffer circuit 12.

例えばセラミックのパッケージの第1凹部に振動素子を収容し、第2凹部にICチップを収容する従来の温度補償型の発振器では、ICチップの出力バッファー回路で発生した熱は、振動素子に伝わりにくい。即ち、振動素子はICチップに対して直接的に固定されておらず、ICチップと振動素子は、パッケージの内部配線等により電気的に接続されているだけであるため、当該内部配線の経路では、ICチップの出力バッファー回路での発熱が振動素子に対して伝わりにくい。またセラミックパッケージの第1凹部に収容される振動素子と、第2凹部に収容されるICチップとの間には、半導体基板に比べて熱伝導率が低いセラミックが介在するため、ICチップからの輻射熱も振動素子に伝わりにくい。一方、温度センサー回路は、出力バッファー回路と共に同じICチップ内に形成されているため、出力バッファー回路での発熱が温度センサー回路に対して直ぐに伝わるようになる。従って、温度センサー回路での検出温度と振動素子の実温度との間に誤差が発生し、この誤差が原因となって発振周波数などの発振特性が劣化してしまう。例えば発振器の起動時において、出力バッファー回路での発熱が、同じICチップ内の温度センサー回路に直ぐに伝わることで、温度センサー回路の検出温度は直ぐに高くなる一方で、出力バッファー回路での発熱が振動素子には伝わりにくいため、振動素子の実温度は直ぐには高くはならない。このため温度センサー回路での検出温度と振動素子の実温度との間に誤差が発生し、発振特性が劣化する事態が発生する。 For example, in a conventional temperature-compensated oscillator in which a vibration element is housed in a first recess of a ceramic package and an IC chip is housed in a second recess, heat generated in the output buffer circuit of the IC chip is not easily transmitted to the vibration element. That is, the vibration element is not directly fixed to the IC chip, and the IC chip and the vibration element are only electrically connected by internal wiring of the package, etc., so that heat generated in the output buffer circuit of the IC chip is not easily transmitted to the vibration element through the internal wiring path. In addition, since ceramic, which has a lower thermal conductivity than the semiconductor substrate, is interposed between the vibration element housed in the first recess of the ceramic package and the IC chip housed in the second recess, radiant heat from the IC chip is also not easily transmitted to the vibration element. On the other hand, since the temperature sensor circuit is formed in the same IC chip as the output buffer circuit, heat generated in the output buffer circuit is immediately transmitted to the temperature sensor circuit. Therefore, an error occurs between the temperature detected by the temperature sensor circuit and the actual temperature of the vibration element, and this error causes deterioration of oscillation characteristics such as the oscillation frequency. For example, when the oscillator starts up, the heat generated in the output buffer circuit is immediately transmitted to the temperature sensor circuit in the same IC chip, causing the temperature detected by the temperature sensor circuit to rise immediately. However, because the heat generated in the output buffer circuit is not easily transmitted to the vibration element, the actual temperature of the vibration element does not rise immediately. This causes an error to occur between the temperature detected by the temperature sensor circuit and the actual temperature of the vibration element, resulting in a deterioration of the oscillation characteristics.

これに対して本実施形態では、半導体基板20に振動素子5が導電性の接合部材60、61を介して固定されると共に、温度センサー回路16と貫通電極41との距離は、出力バッファー回路12と貫通電極41との距離よりも小さくなっている。このように本実施形態では、半導体基板20に振動素子5が接合部材60、61を介して直接的に固定されるため、セラミックパッケージを用いた従来の発振器に比べて、出力バッファー回路12での発熱が振動素子5に伝わりやすくなる。即ち、本実施形態のようなWLPの振動デバイス1では、集積回路10の出力バッファー回路12での発熱が振動素子5に伝わりやすく、出力バッファー回路12での発熱により、振動素子5の温度も短時間で上昇するようになる。また出力バッファー回路12と振動素子5の間には、熱伝導率が低いセラミックが存在しないため、出力バッファー回路12での発熱が輻射熱としても振動素子5に伝わりやすくなる。一方、温度センサー回路16と貫通電極41との距離は小さいため、出力バッファー回路12での発熱により上昇した振動素子5の実温度を、温度センサー回路16が短時間で検出できるようになる。即ち、振動素子5の実温度は、熱伝導率が高い貫通電極41等を介して集積回路10に伝わり、この実温度を、貫通電極41からの距離が短い位置に配置された温度センサー回路16により短時間で検出できるようになる。例えば振動デバイス1の起動時において、出力バッファー回路12での発熱が、熱伝導経路を介して短時間で振動素子5に伝わることで、振動素子5の実温度が高くなり、この振動素子5の実温度が、貫通電極41等を介して、貫通電極41の近くに配置される温度センサー回路16により検出されるようになる。そして温度補償回路15が、温度センサー回路16の検出温度に基づいて温度補償処理を行うことで、振動素子5の実温度に応じた適切な発振周波数の温度補償が行われるようになる。従って、温度センサー回路16での検出温度と振動素子5の実温度との間の誤差を原因とする発振特性の劣化の発生を、効果的に抑制することが可能になる。 In contrast, in this embodiment, the vibration element 5 is fixed to the semiconductor substrate 20 via conductive bonding members 60 and 61, and the distance between the temperature sensor circuit 16 and the through electrode 41 is smaller than the distance between the output buffer circuit 12 and the through electrode 41. In this manner, in this embodiment, the vibration element 5 is directly fixed to the semiconductor substrate 20 via the bonding members 60 and 61, so that heat generated in the output buffer circuit 12 is more easily transmitted to the vibration element 5 than in a conventional oscillator using a ceramic package. That is, in the WLP vibration device 1 of this embodiment, heat generated in the output buffer circuit 12 of the integrated circuit 10 is more easily transmitted to the vibration element 5, and the temperature of the vibration element 5 also rises in a short time due to the heat generated in the output buffer circuit 12. In addition, since there is no ceramic with low thermal conductivity between the output buffer circuit 12 and the vibration element 5, heat generated in the output buffer circuit 12 is more easily transmitted to the vibration element 5 as radiant heat. On the other hand, since the distance between the temperature sensor circuit 16 and the through electrode 41 is small, the temperature sensor circuit 16 can detect the actual temperature of the vibration element 5, which has risen due to heat generation in the output buffer circuit 12, in a short time. That is, the actual temperature of the vibration element 5 is transmitted to the integrated circuit 10 through the through electrode 41, which has a high thermal conductivity, and the temperature sensor circuit 16, which is arranged at a short distance from the through electrode 41, can detect this actual temperature in a short time. For example, when the vibration device 1 is started, the heat generated in the output buffer circuit 12 is transmitted to the vibration element 5 in a short time through the thermal conduction path, so that the actual temperature of the vibration element 5 increases, and the actual temperature of the vibration element 5 is detected by the temperature sensor circuit 16, which is arranged near the through electrode 41, via the through electrode 41. The temperature compensation circuit 15 performs a temperature compensation process based on the detected temperature of the temperature sensor circuit 16, so that temperature compensation of an appropriate oscillation frequency according to the actual temperature of the vibration element 5 is performed. Therefore, it is possible to effectively suppress the occurrence of deterioration of the oscillation characteristics caused by an error between the detected temperature in the temperature sensor circuit 16 and the actual temperature of the vibration element 5.

また温度センサー回路16は、貫通電極40、41よりも辺SD1に近い位置に配置される。例えば発振回路11も、貫通電極40、41よりも辺SD1に近い位置に配置されており、温度センサー回路16と発振回路11は、辺SD1に沿って配置される。具体的には温度センサー回路16は、辺SD1と辺SD4が交差するコーナー部に配置される。例えば温度センサー回路16及び貫通電極40、41は、例えば、辺SD1と中心線CLとの間の領域である第1領域に配置される。一方、出力バッファー回路12は、辺SD2と中心線CLとの間の領域である第2領域に配置される。そして温度センサー回路16は、辺SD1と中心線CLとの間の第1領域において、貫通電極40、41よりも辺SD1に近い位置に配置されている。このようにすれば、辺SD1と貫通電極40、41との間の領域を有効利用して、温度センサー回路16を貫通電極41等に近い位置に配置することが可能になる。これにより温度センサー回路16等の効率的なレイアウト配置が可能になると共に、例えば貫通電極41の近くに温度センサー回路16を配置することで、温度センサー回路16での検出温度と振動素子5の実温度との間の誤差を原因とする発振特性の劣化の発生を抑制できるようになる。 The temperature sensor circuit 16 is also arranged closer to the side SD1 than the through electrodes 40 and 41. For example, the oscillator circuit 11 is also arranged closer to the side SD1 than the through electrodes 40 and 41, and the temperature sensor circuit 16 and the oscillator circuit 11 are arranged along the side SD1. Specifically, the temperature sensor circuit 16 is arranged at the corner where the side SD1 and the side SD4 intersect. For example, the temperature sensor circuit 16 and the through electrodes 40 and 41 are arranged in a first region, which is, for example, a region between the side SD1 and the center line CL. On the other hand, the output buffer circuit 12 is arranged in a second region, which is a region between the side SD2 and the center line CL. And the temperature sensor circuit 16 is arranged in a position closer to the side SD1 than the through electrodes 40 and 41 in the first region between the side SD1 and the center line CL. In this way, it is possible to effectively use the region between the side SD1 and the through electrodes 40 and 41 and arrange the temperature sensor circuit 16 closer to the through electrodes 41, etc. This allows for an efficient layout of the temperature sensor circuit 16, etc., and by arranging the temperature sensor circuit 16, for example, near the through electrode 41, it is possible to suppress the occurrence of deterioration of the oscillation characteristics caused by an error between the temperature detected by the temperature sensor circuit 16 and the actual temperature of the vibration element 5.

また本実施形態の振動デバイス1では、図1、図2、図9等に示すように、貫通電極40、41と外部接続端子91は、第1面21に直交する方向からの平面視において重ならないように配置されている。例えば振動素子5と集積回路10を電気的に接続する貫通電極40、41と、クロック信号CKが出力される外部接続端子91とが、Z軸方向からの平面視において重ならないように配置される。このように本実施形態では、発振回路11及び出力バッファー回路12を有する集積回路10と振動素子5を含むWLP(Wafer Level Package)の振動デバイス1において、振動素子5と集積回路10の発振回路11を電気的に接続する貫通電極40、41と、クロック信号CKの出力用の外部接続端子91とが、平面視において重ならないように配置する。即ち、振動素子5に電気的に接続された配線の一部である貫通電極40、41と、発振信号OSCに基づくクロック信号CKの出力用の外部接続端子91のようなAC信号が流れる外部接続端子とを、平面視において重ならないように配置することで、貫通電極40、41と外部接続端子91との間の容量結合の容量を低減する。 In addition, in the vibration device 1 of this embodiment, as shown in Figures 1, 2, 9, etc., the through electrodes 40, 41 and the external connection terminal 91 are arranged so as not to overlap in a planar view from a direction perpendicular to the first surface 21. For example, the through electrodes 40, 41 electrically connecting the vibration element 5 and the integrated circuit 10 and the external connection terminal 91 from which the clock signal CK is output are arranged so as not to overlap in a planar view from the Z-axis direction. Thus, in this embodiment, in a WLP (Wafer Level Package) vibration device 1 including an integrated circuit 10 having an oscillation circuit 11 and an output buffer circuit 12 and a vibration element 5, the through electrodes 40, 41 electrically connecting the vibration element 5 and the oscillation circuit 11 of the integrated circuit 10 and the external connection terminal 91 for outputting the clock signal CK are arranged so as not to overlap in a planar view. That is, the through electrodes 40, 41, which are part of the wiring electrically connected to the vibration element 5, and the external connection terminal through which an AC signal flows, such as the external connection terminal 91 for outputting the clock signal CK based on the oscillation signal OSC, are arranged so as not to overlap in a plan view, thereby reducing the capacitance of the capacitive coupling between the through electrodes 40, 41 and the external connection terminal 91.

例えば本実施形態では、従来のようなセラミックパッケージを用いたものとは異なり、半導体基板20に直接に振動素子5を実装し、振動デバイス1を構成しているため、次のような特有の課題が生じる。WLPによる小型の振動デバイス1のパッケージでは、気密パッケージの一部を構成する半導体基板20の下面である第2面22に、集積回路10が形成されており、振動素子5に電気的に接続された導通ビア又はスルーホールと呼ばれる貫通電極40、41が半導体基板20に形成されている。そして振動素子5が電気的に接続されている貫通電極40、41は、特に交流信号であるAC信号の端子や電極が近くに配置されて容量結合してしまうと、発振周波数などの発振特性に悪影響が生じてしまう。そして、シリコン基板等の半導体基板20の第2面22側には、ポリイミド等の樹脂層により形成された薄い膜厚の絶縁層80が形成されており、更に絶縁層80の下面に例えば4つの外部接続端子91~94が形成されている。ここで絶縁層80の膜厚は、半導体基板20よりも薄く、例えば0.1mm以下である。また図2に示すように貫通電極40、41の周囲にも薄い絶縁層44が形成されている。また貫通電極40、41と外部接続端子91~94との間には、従来のようなセラミックパッケージとは異なり、誘電体や導電体となり得る半導体基板20が介在する。このため、仮に貫通電極40、41と、AC信号であるクロック信号CKの出力用の外部接続端子91とが、平面視において重なって配置されていると、これらの薄い絶縁層80、44等を介してこれらが配置されているため、容量結合が大きくなり、発振特性に悪影響が生じてしまう。即ち容量値は電極間の距離に反比例するため、薄い絶縁層80、44による容量は大きくなってしまう。そして貫通電極40、41と外部接続端子91との間の容量結合の容量が大きくなると、外部接続端子91でのクロック信号CKの信号成分が、ノイズとして貫通電極40、41を介して振動素子5や発振回路11に伝達されてしまい、発振特性が劣化するなどの問題が発生してしまう。 For example, in this embodiment, unlike the conventional ceramic package, the vibration element 5 is directly mounted on the semiconductor substrate 20 to form the vibration device 1, which causes the following unique problems. In the WLP package of the small vibration device 1, the integrated circuit 10 is formed on the second surface 22, which is the lower surface of the semiconductor substrate 20 that constitutes a part of the airtight package, and the through electrodes 40, 41, which are called conductive vias or through holes and are electrically connected to the vibration element 5, are formed on the semiconductor substrate 20. The through electrodes 40, 41 to which the vibration element 5 is electrically connected will have a negative effect on the oscillation characteristics such as the oscillation frequency if the terminals or electrodes of the AC signal, which is an alternating current signal, are placed nearby and capacitively coupled. Then, on the second surface 22 side of the semiconductor substrate 20 such as a silicon substrate, a thin insulating layer 80 formed of a resin layer such as polyimide is formed, and further, for example, four external connection terminals 91 to 94 are formed on the lower surface of the insulating layer 80. Here, the thickness of the insulating layer 80 is thinner than that of the semiconductor substrate 20, for example, 0.1 mm or less. As shown in FIG. 2, a thin insulating layer 44 is also formed around the through electrodes 40 and 41. Unlike conventional ceramic packages, a semiconductor substrate 20 that can be a dielectric or a conductor is interposed between the through electrodes 40 and 41 and the external connection terminals 91 to 94. For this reason, if the through electrodes 40 and 41 and the external connection terminal 91 for outputting the clock signal CK, which is an AC signal, are arranged to overlap each other in a plan view, the capacitance coupling becomes large because they are arranged through the thin insulating layers 80 and 44, etc., and this adversely affects the oscillation characteristics. That is, since the capacitance value is inversely proportional to the distance between the electrodes, the capacitance due to the thin insulating layers 80 and 44 becomes large. If the capacitance of the capacitive coupling between the through electrodes 40 and 41 and the external connection terminal 91 becomes large, the signal component of the clock signal CK at the external connection terminal 91 is transmitted as noise to the vibration element 5 or the oscillation circuit 11 through the through electrodes 40 and 41, causing problems such as deterioration of the oscillation characteristics.

そこで本実施形態では図9等に示すように、振動素子5に電気的に接続される貫通電極40、41と、AC信号であるクロック信号CKが出力される外部接続端子91とを、平面視において重ならないように配置している。このように貫通電極40、41と外部接続端子91を平面視において重ならないように配置すれば、貫通電極40、41と外部接続端子91が平面視において重なるように配置されている場合に比べて、貫通電極40、41と外部接続端子91との間の距離を離すことが可能になる。これにより貫通電極40、41と外部接続端子91との間の容量結合の容量を低減でき、振動素子5の発振特性が劣化するなどの事態を効果的に抑制できるようになる。 In this embodiment, as shown in FIG. 9 etc., the through electrodes 40, 41 electrically connected to the vibration element 5 and the external connection terminal 91 to which the clock signal CK, which is an AC signal, are arranged so as not to overlap in a planar view. By arranging the through electrodes 40, 41 and the external connection terminal 91 so as not to overlap in a planar view in this manner, it is possible to increase the distance between the through electrodes 40, 41 and the external connection terminal 91 compared to when the through electrodes 40, 41 and the external connection terminal 91 are arranged so as to overlap in a planar view. This makes it possible to reduce the capacitance of the capacitive coupling between the through electrodes 40, 41 and the external connection terminal 91, and effectively suppress situations such as deterioration of the oscillation characteristics of the vibration element 5.

なお、振動デバイス1の外部接続端子91~94は、振動デバイス1が実装される回路基板等の端子や配線に対して半田付けなどにより接続される実装が行われる。従って、外部接続端子91~94としては、半田付け等の実装に適した端子であることが望ましく、実装時に破損しないような熱耐性や強度も必要とされる。 The external connection terminals 91 to 94 of the vibration device 1 are mounted by connecting them to terminals or wiring of a circuit board or the like on which the vibration device 1 is mounted, for example by soldering. Therefore, it is desirable for the external connection terminals 91 to 94 to be terminals suitable for mounting, for example by soldering, and they are also required to have heat resistance and strength so as not to be damaged during mounting.

この点、集積回路のパッドを外部接続端子として用いる手法が考えられる。例えば配線層の最上層の金属層で形成されたパッドが外部接続端子として用いられている。しかしながら、集積回路のパッドは、半田付け等の実装に適した端子ではなく、面積が小さく、熱耐性や強度が低いため、実装時に破損してしまうなどの問題が発生するおそれがある。 In this regard, a method is considered in which the pads of an integrated circuit are used as external connection terminals. For example, pads formed in the top metal layer of a wiring layer are used as external connection terminals. However, integrated circuit pads are not suitable terminals for mounting such as soldering, and because they have a small area and low heat resistance and strength, there is a risk of problems such as breakage during mounting.

これに対して本実施形態の振動デバイス1では、半導体基板20の第2面22側に絶縁層80を介して設けられる外部接続端子91~94が用いられる。即ち、集積回路10のコンタクトパッド38、39、68、69ではなく、これらのパッドとは別に設けられ、例えば再配置配線層8の製造工程で形成された外部接続端子91~94が用いられる。従って、半田付け等による実装に適した端子を外部接続端子91~94として用いることが可能になる。例えば外部接続端子91~94は、コンタクトパッド38、39、68、69に比べて、大面積化できると共に、膜厚を厚くして強度も保てる。従って、外部接続端子91~94を外部の端子や配線に容易に接続して実装できると共に、実装時における破損等の発生も抑制できるようになる。 In contrast, in the resonator device 1 of this embodiment, external connection terminals 91-94 are provided on the second surface 22 side of the semiconductor substrate 20 via an insulating layer 80. That is, instead of the contact pads 38, 39, 68, and 69 of the integrated circuit 10, the external connection terminals 91-94 are provided separately from these pads, and are formed, for example, in the manufacturing process of the relocation wiring layer 8. Therefore, it becomes possible to use terminals suitable for mounting by soldering or the like as the external connection terminals 91-94. For example, the external connection terminals 91-94 can be made larger in area than the contact pads 38, 39, 68, and 69, and can be made thicker to maintain strength. Therefore, the external connection terminals 91-94 can be easily connected to external terminals and wiring for mounting, and the occurrence of damage during mounting can be suppressed.

一方、このように外部接続端子91~94が大面積になると、例えば貫通電極40、41と外部接続端子91との間の容量結合の容量が大きくなるおそれがある。この点、本実施形態では、貫通電極40、41と外部接続端子91を平面視において重ならないように配置しているため、外部接続端子91が大面積になっても、容量結合を原因とする発振特性の劣化を抑制できる。従って、本実施形態によれば、外部の端子や配線との接続による実装が容易であり、熱耐性や強度が高く破損しにくい外部接続端子91~94の提供と、貫通電極40、41と外部接続端子91との間の容量結合を原因とする発振特性の劣化の抑制とを、両立して実現することが可能になる。 On the other hand, if the external connection terminals 91 to 94 are large in area, there is a risk that the capacitance of the capacitive coupling between the through electrodes 40, 41 and the external connection terminal 91 will become large. In this regard, in this embodiment, the through electrodes 40, 41 and the external connection terminal 91 are arranged so that they do not overlap in a planar view, so that even if the external connection terminal 91 is large in area, the deterioration of the oscillation characteristics caused by the capacitive coupling can be suppressed. Therefore, according to this embodiment, it is possible to provide the external connection terminals 91 to 94 that are easy to implement by connecting to external terminals and wiring, have high heat resistance and strength, and are not easily damaged, while simultaneously suppressing the deterioration of the oscillation characteristics caused by the capacitive coupling between the through electrodes 40, 41 and the external connection terminal 91.

3.変形例
次に本実施形態の種々の変形例について説明する。例えば図14は貫通電極40の他の例である。なお貫通電極41も同様であるため説明は省略する。図14では、ベース2の貫通孔の内壁に絶縁層44が形成され、絶縁層44の更に内側に樹脂層45が形成されている。そして樹脂層45の内側に形成された金属層により貫通電極40が構成されている。このような貫通電極40により、振動素子5と集積回路10の発振回路11とを電気的に接続できるようになる。即ち振動素子5と集積回路10のコンタクトパッド36とが、バンプ62から構成される接合部材60と、貫通電極40とにより電気的に接続され、コンタクトパッド36が図4、図5の端子TXA、TXBとして発振回路11に電気的に接続されることで、振動素子5と発振回路11が電気的に接続される。
3. Modifications Next, various modifications of this embodiment will be described. For example, FIG. 14 shows another example of the through electrode 40. The through electrode 41 is similar, so its description will be omitted. In FIG. 14, an insulating layer 44 is formed on the inner wall of the through hole of the base 2, and a resin layer 45 is formed further inside the insulating layer 44. The through electrode 40 is formed by a metal layer formed inside the resin layer 45. Such a through electrode 40 allows the vibration element 5 and the oscillation circuit 11 of the integrated circuit 10 to be electrically connected. That is, the vibration element 5 and the contact pad 36 of the integrated circuit 10 are electrically connected by the bonding member 60 composed of the bump 62 and the through electrode 40, and the contact pad 36 is electrically connected to the oscillation circuit 11 as the terminals TXA and TXB in FIG. 4 and FIG. 5, so that the vibration element 5 and the oscillation circuit 11 are electrically connected.

また出力バッファー回路12は、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)、PECL(Positive Emitter Coupled Logic)、HCSL(High Speed Current Steering Logic)、又は差動のCMOS(Complementary MOS)等の信号形式で、差動のクロック信号CK、CKXを外部に出力してもよい。即ち出力バッファー回路12は、LVDS用、PECL用、HCSL用又は差動CMOS用の出力ドライバーを有していてもよい。例えば図15はLVDS用の出力ドライバーの構成例である。この出力ドライバーは、3.5mAの駆動電流を流す電流源用のP型のトランジスターと、差動の入力信号IN、INXが入力されて差動のクロック信号CK、CKXを出力する差動部を構成するP型及びN型のトランジスターと、VSS側に設けられるN型のトランジスターを有する。電流源となるP型のトランジスターのゲートにはバイアス電圧BSPが印加される。これにより3.5mAの駆動電流が流れる。図16は、PECL用の出力ドライバーの構成例である。この出力ドライバーは、15.25mAの駆動電流を流すP型のトランジスターと、差動部を構成する2つのP型のトランジスターと、クロック信号CK、CKXのノードに5.7mAのバイアス電流を流すバイアス電流回路を構成する2つのP型のトランジスターを有する。 The output buffer circuit 12 may also output differential clock signals CK and CKX to the outside in a signal format such as LVDS (Low Voltage Differential Signaling), PECL (Positive Emitter Coupled Logic), HCSL (High Speed Current Steering Logic), or differential CMOS (Complementary MOS). That is, the output buffer circuit 12 may have an output driver for LVDS, PECL, HCSL, or differential CMOS. For example, FIG. 15 is a configuration example of an output driver for LVDS. This output driver has a P-type transistor for a current source that flows a drive current of 3.5 mA, P-type and N-type transistors that constitute a differential section that receives differential input signals IN and INX and outputs differential clock signals CK and CKX, and an N-type transistor provided on the VSS side. A bias voltage BSP is applied to the gate of the P-type transistor that serves as a current source. This causes a drive current of 3.5 mA to flow. Figure 16 shows an example of the configuration of an output driver for PECL. This output driver has a P-type transistor that passes a drive current of 15.25 mA, two P-type transistors that form a differential section, and two P-type transistors that form a bias current circuit that passes a bias current of 5.7 mA to the nodes of the clock signals CK and CKX.

図17は、図15、図16のように差動のクロック信号CK、CKXを出力する場合の外部接続端子配置の例である。図17では、外部接続端子91a、91b、92、93、94、95というように6端子の外部接続端子を有する振動デバイス1となっている。外部接続端子91a、91bは、差動のクロック信号CK、CKXが出力される端子である。外部接続端子92、93はVDD、GND用の端子であり、外部接続端子94は出力イネーブル信号OE用の端子である。外部接続端子95はNC(Non Connection)端子である。図17の外部接続端子91a、91b、92、93、94、95も、振動デバイス1において、ベース2の半導体基板20の第2面22側に絶縁層80を介して設けられる。そして貫通電極40、41と、差動のクロック信号CK、CKXの出力用の外部接続端子91a、91bは、平面視において重ならないように配置される。 Figure 17 is an example of an external connection terminal arrangement when outputting differential clock signals CK and CKX as in Figures 15 and 16. In Figure 17, the vibration device 1 has six external connection terminals, namely external connection terminals 91a, 91b, 92, 93, 94, and 95. The external connection terminals 91a and 91b are terminals from which the differential clock signals CK and CKX are output. The external connection terminals 92 and 93 are terminals for VDD and GND, and the external connection terminal 94 is a terminal for the output enable signal OE. The external connection terminal 95 is an NC (Non Connection) terminal. The external connection terminals 91a, 91b, 92, 93, 94, and 95 in Figure 17 are also provided on the second surface 22 side of the semiconductor substrate 20 of the base 2 in the vibration device 1 via an insulating layer 80. The through electrodes 40, 41 and the external connection terminals 91a, 91b for outputting the differential clock signals CK, CKX are arranged so as not to overlap in a plan view.

以上のように本実施形態の振動デバイスは、第1面と第1面と表裏関係にある第2面とを有する半導体基板と、第1面と第2面との間を貫通する貫通電極を含むベースと、第1面に対して、導電性の接合部材を介して固定される振動素子と、第2面側に絶縁層を介して設けられる第1外部接続端子と、を含む。また第2面には、貫通電極を介して振動素子に電気的に接続され、振動素子を発振させて発振信号を生成する発振回路と、発振信号に基づくクロック信号を出力する出力バッファー回路と、第1外部接続端子に電気的に接続されている第1コンタクトパッドと、が配置される。そして出力バッファー回路と貫通電極との距離をDbxとし、出力バッファー回路と第1コンタクトパッドとの距離をDbcとしたとき、Dbc<Dbxとなる。 As described above, the vibration device of this embodiment includes a semiconductor substrate having a first surface and a second surface that is opposite to the first surface, a base including a through electrode that penetrates between the first surface and the second surface, a vibration element fixed to the first surface via a conductive bonding member, and a first external connection terminal provided on the second surface side via an insulating layer. Also, on the second surface, an oscillation circuit that is electrically connected to the vibration element via the through electrode and that oscillates the vibration element to generate an oscillation signal, an output buffer circuit that outputs a clock signal based on the oscillation signal, and a first contact pad that is electrically connected to the first external connection terminal are arranged. Then, when the distance between the output buffer circuit and the through electrode is Dbx and the distance between the output buffer circuit and the first contact pad is Dbc, Dbc < Dbx.

このように本実施形態の振動デバイスは、半導体基板と、半導体基板を貫通する貫通電極を有するベースと、半導体基板の第1面側に導電性の固定部材を介して固定される振動素子と、第2面側に絶縁層を介して設けられる第1外部接続端子を含む。また半導体基板の第2面には、発振回路と出力バッファー回路と第1外部接続端子に接続される第1コンタクトパッドが配置される。そして出力バッファー回路と貫通電極との距離をDbxとし、出力バッファー回路と第1コンタクトパッドとの距離をDbcとしたとき、Dbc<Dbxの関係が成り立つ。このように本実施形態の振動デバイスでは、半導体基板に振動素子が接合部材を介して固定されるため、出力バッファー回路での発熱が振動素子に伝わりやすくなる。一方、出力バッファー回路と第1コンタクトパッドとの距離Dbcは小さいため、出力バッファー回路で発生した熱が、第1コンタクトパッドから、第1コンタクトパッドに接続される第1外部接続端子を介して、振動デバイスの外部に放熱されやすくなる。従って、出力バッファー回路の発熱を原因とする振動デバイスの発振特性の劣化を効果的に抑制することが可能になる。 Thus, the vibration device of this embodiment includes a semiconductor substrate, a base having a through electrode penetrating the semiconductor substrate, a vibration element fixed to the first surface side of the semiconductor substrate via a conductive fixing member, and a first external connection terminal provided on the second surface side via an insulating layer. In addition, a first contact pad connected to the oscillation circuit, the output buffer circuit, and the first external connection terminal is arranged on the second surface of the semiconductor substrate. When the distance between the output buffer circuit and the through electrode is Dbx and the distance between the output buffer circuit and the first contact pad is Dbc, the relationship Dbc<Dbx holds. In this way, in the vibration device of this embodiment, the vibration element is fixed to the semiconductor substrate via a bonding member, so that heat generated in the output buffer circuit is easily transmitted to the vibration element. On the other hand, since the distance Dbc between the output buffer circuit and the first contact pad is small, heat generated in the output buffer circuit is easily dissipated from the first contact pad to the outside of the vibration device via the first external connection terminal connected to the first contact pad. Therefore, it is possible to effectively suppress deterioration of the oscillation characteristics of the vibration device caused by heat generated in the output buffer circuit.

また本実施形態では、ベースは、第1辺と第1辺に対向する第2辺を有し、第1辺から第2辺へと、貫通電極、第1コンタクトパッド、出力バッファー回路の順に配置されてもよい。 In this embodiment, the base may have a first side and a second side opposite the first side, and the through electrode, the first contact pad, and the output buffer circuit may be arranged in this order from the first side to the second side.

このように配置されることで、出力バッファー回路での発熱が、貫通電極を介して振動素子に熱伝達される前に、第1コンタクトパッドから第1外部接続端子を介して、振動デバイスの外部に放熱されやすくなるため、発振特性の劣化を抑制できるようになる。 By arranging them in this manner, heat generated in the output buffer circuit is more easily dissipated from the first contact pad via the first external connection terminal to the outside of the vibration device before being transferred to the vibration element via the through electrode, thereby suppressing deterioration of the oscillation characteristics.

また本実施形態では、第1コンタクトパッドは、電源電圧が供給される電源用のコンタクトパッドであってもよい。 In this embodiment, the first contact pad may also be a power supply contact pad to which a power supply voltage is supplied.

このようにすれば、出力バッファー回路で発生した熱が、第1コンタクトパッドから、接続先の熱容量が大きい電源用の第1外部接続端子を介して、外部に放熱されるようになり、発振特性の劣化を抑制できるようになる。 In this way, heat generated in the output buffer circuit is dissipated to the outside from the first contact pad via the first external connection terminal for the power supply, which has a large thermal capacity, and deterioration of the oscillation characteristics can be suppressed.

また本実施形態では、ベースは、第1辺と第1辺に対向する第2辺を有し、第1辺から第2辺へと、貫通電極、出力バッファー回路、第1コンタクトパッドの順に配置されてもよい。 In this embodiment, the base may have a first side and a second side opposite the first side, and the through electrode, the output buffer circuit, and the first contact pad may be arranged in this order from the first side to the second side.

このように配置されることで、出力バッファー回路での発熱が、貫通電極を介して振動素子に熱伝達される前に、第1コンタクトパッドから第1外部接続端子を介して、振動デバイスの外部に放熱されやすくなるため、発振特性の劣化を抑制できるようになる。 By arranging them in this manner, heat generated in the output buffer circuit is more easily dissipated from the first contact pad via the first external connection terminal to the outside of the vibration device before being transferred to the vibration element via the through electrode, thereby suppressing deterioration of the oscillation characteristics.

また本実施形態では、第1コンタクトパッドは、クロック信号が出力されるクロック信号出力用のコンタクトパッドであってもよい。 In this embodiment, the first contact pad may be a contact pad for outputting a clock signal.

このようにすれば、出力バッファー回路で発生した熱が、第1コンタクトパッドから、クロック信号出力用の外部接続端子を介して、外部に放熱されるようになり、発振特性の劣化を抑制できるようになる。 In this way, heat generated in the output buffer circuit is dissipated to the outside from the first contact pad via the external connection terminal for clock signal output, making it possible to suppress deterioration of the oscillation characteristics.

また本実施形態では、第2面側に、絶縁層を介して設けられる第2外部接続端子を含んでもよい。そして第2面には、第2外部接続端子に電気的に接続される第2コンタクトパッドが配置され、出力バッファー回路と第1コンタクトパッドとの間の距離をDbc1とし、出力バッファー回路と第2コンタクトパッドとの間の距離をDbc2としたとき、Dbc1<Dbx、且つ、Dbc2<Dbxであってもよい。そして第1面に直交する方向からの平面視において、第1コンタクトパッドと第2コンタクトパッドとの間に出力バッファー回路が配置されてもよい。 In this embodiment, the second surface may include a second external connection terminal provided via an insulating layer. A second contact pad electrically connected to the second external connection terminal is disposed on the second surface, and when the distance between the output buffer circuit and the first contact pad is Dbc1 and the distance between the output buffer circuit and the second contact pad is Dbc2, Dbc1 < Dbx and Dbc2 < Dbx may be satisfied. In a plan view from a direction perpendicular to the first surface, an output buffer circuit may be disposed between the first contact pad and the second contact pad.

このようにすれば、出力バッファー回路での発熱が、第1コンタクトパッドを介して第1外部接続端子から外部に放熱されると共に、第2コンタクトパッドを介して第2外部接続端子からも外部に放熱されるようになる。従って、出力バッファー回路での発熱が、2つの熱伝導経路により放熱されるようになるため、発振特性の劣化を更に効果的に抑制できるようになる。 In this way, heat generated in the output buffer circuit is dissipated to the outside from the first external connection terminal via the first contact pad, and also from the second external connection terminal via the second contact pad. Therefore, heat generated in the output buffer circuit is dissipated through two heat conduction paths, making it possible to more effectively suppress deterioration of oscillation characteristics.

また本実施形態では、第2面には、出力バッファー回路と貫通電極との間に、発振信号の温度補償を行う温度補償回路が配置されてもよい。 In this embodiment, a temperature compensation circuit that performs temperature compensation for the oscillation signal may also be disposed on the second surface between the output buffer circuit and the through electrode.

このように、出力バッファー回路に比べて発熱しにくい温度補償回路を、出力バッファー回路と貫通電極との間に配置することで、出力バッファー回路の発熱が貫通電極を介して振動素子に伝わりにくくなり、発振特性の劣化を抑制できるようになる。 In this way, by placing a temperature compensation circuit, which generates less heat than the output buffer circuit, between the output buffer circuit and the through electrode, heat from the output buffer circuit is less likely to be transmitted to the vibration element via the through electrode, making it possible to suppress deterioration of the oscillation characteristics.

また本実施形態では、第2面には、出力バッファー回路と貫通電極との間に、ロジック回路が配置されてもよい。 In this embodiment, a logic circuit may also be arranged on the second surface between the output buffer circuit and the through electrode.

このように、出力バッファー回路に比べて発熱しにくいロジック回路を、出力バッファー回路と貫通電極との間に配置することで、出力バッファー回路の発熱が貫通電極を介して振動素子に伝わりにくくなり、発振特性の劣化を抑制できるようになる。 In this way, by placing the logic circuit, which generates less heat than the output buffer circuit, between the output buffer circuit and the through electrode, heat from the output buffer circuit is less likely to be transmitted to the vibration element via the through electrode, making it possible to suppress deterioration of the oscillation characteristics.

また本実施形態では、第2面には、温度センサー回路が配置され、貫通電極は、出力バッファー回路と温度センサー回路との間に配置されてもよい。 In this embodiment, a temperature sensor circuit may be arranged on the second surface, and the through electrode may be arranged between the output buffer circuit and the temperature sensor circuit.

このようにすれば、出力バッファー回路での発熱が、貫通電極を介して振動素子に伝達され、それ以降に温度センサー回路に伝達されるようになる。これにより、温度センサー回路での検出温度と振動素子の実温度との間の誤差を原因とする発振特性の劣化の発生を抑制できるようになる。 In this way, heat generated in the output buffer circuit is transferred to the vibration element via the through electrode, and then to the temperature sensor circuit. This makes it possible to suppress deterioration of the oscillation characteristics caused by an error between the temperature detected by the temperature sensor circuit and the actual temperature of the vibration element.

また本実施形態では、接合部材は、一端が振動素子に電気的に接続され、他端が貫通電極に電気的に接続されるバンプを含んでもよい。 In this embodiment, the joining member may also include a bump having one end electrically connected to the vibration element and the other end electrically connected to the through electrode.

このようにバンプを接合部材として用いることで、出力バッファー回路での発熱が、貫通電極からバンプを介して振動素子に伝わりやすくなり、出力バッファー回路の発熱による振動素子の実温度を、少ない誤差で検出することが可能になる。 By using the bumps as a joining material in this way, heat generated in the output buffer circuit is easily transferred from the through electrode via the bump to the vibration element, making it possible to detect the actual temperature of the vibration element caused by heat generated by the output buffer circuit with little error.

また本実施形態では、振動素子を収容するようにベースに接合されているリッドを含んでもよい。 This embodiment may also include a lid that is joined to the base to house the vibration element.

このようにすれば、ベースとリッドにより形成される収容空間に、振動素子を配置できるようになるため、振動素子を衝撃、埃、熱又は湿気等から好適に保護することが可能になる。 In this way, the vibration element can be placed in the storage space formed by the base and the lid, making it possible to effectively protect the vibration element from impacts, dust, heat, moisture, etc.

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また振動デバイスの構成・動作等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 Although the present embodiment has been described in detail above, it will be readily apparent to those skilled in the art that many modifications are possible that do not substantially deviate from the novel matters and effects of the present disclosure. Therefore, all such modifications are intended to be included in the scope of the present disclosure. For example, a term described at least once in the specification or drawings together with a different term having a broader or similar meaning may be replaced with that different term anywhere in the specification or drawings. All combinations of the present embodiment and modifications are also included in the scope of the present disclosure. The configuration and operation of the vibration device are not limited to those described in the present embodiment, and various modifications are possible.

1…振動デバイス、2…ベース、5…振動素子、7…リッド、8…再配置配線層、10…集積回路、11…発振回路、12…出力バッファー回路、13…ロジック回路、14…電源回路、15…温度補償回路、16…温度センサー回路、17…メモリー、20…半導体基板、21…第1面、22…第2面、23、24…トランジスター、25…素子分離膜、30…配線層、31、32…金属層、33、34、35…絶縁層、36、37、38、39…コンタクトパッド、40、41…貫通電極、44…絶縁層、45…樹脂層、50…振動基板、52、53…励振電極、54、55…配線、56、57…端子、60、61…接合部材、62…バンプ、64…端子、68、69…コンタクトパッド、71、72…接合部材、80…絶縁層、82…配線、91、91a、91b、92、93、94、95…外部接続端子、101…第1金属層、102…第2金属層、
CK、CKX…クロック信号、CL…中心線、CV1、CV2…可変容量回路、DV1、DV2…インバーター回路、IV1、IV2、IV3…インバーター回路、LA、LB…配線、NA…NAND回路、OE…出力イネーブル信号、OSC…発振信号、SD1、SD2、SD3、SD4…辺、SP…収容空間、TCK、TGND、TOE、TVC、TVDD、TXA、TXB…端子、Dbx1、Dbx2、Dbx、Dbc1、Dbc2、Dbc…距離
1...Vibration device, 2...Base, 5...Vibration element, 7...Lid, 8...Rearrangement wiring layer, 10...Integrated circuit, 11...Oscillation circuit, 12...Output buffer circuit, 13...Logic circuit, 14...Power supply circuit, 15...Temperature compensation circuit, 16...Temperature sensor circuit, 17...Memory, 20...Semiconductor substrate, 21...First surface, 22...Second surface, 23, 24...Transistor, 25...Element isolation film, 30...Wiring layer, 31, 32...Metal layer, 33, 34, 35...Insulating layer, 36, 37, 38, 39...contact pads, 40, 41...through electrodes, 44...insulating layer, 45...resin layer, 50...vibration substrate, 52, 53...excitation electrodes, 54, 55...wiring, 56, 57...terminals, 60, 61...bonding members, 62...bumps, 64...terminals, 68, 69...contact pads, 71, 72...bonding members, 80...insulating layer, 82...wiring, 91, 91a, 91b, 92, 93, 94, 95...external connection terminals, 101...first metal layer, 102...second metal layer,
CK, CKX...clock signal, CL...center line, CV1, CV2...variable capacitance circuit, DV1, DV2...inverter circuit, IV1, IV2, IV3...inverter circuit, LA, LB...wiring, NA...NAND circuit, OE...output enable signal, OSC...oscillation signal, SD1, SD2, SD3, SD4...side, SP...accommodating space, TCK, TGND, TOE, TVC, TVDD, TXA, TXB...terminal, Dbx1, Dbx2, Dbx, Dbc1, Dbc2, Dbc...distance

Claims (10)

第1面と前記第1面と表裏関係にある第2面とを有する半導体基板と、前記第1面と前
記第2面との間を貫通する貫通電極を含むベースと、
前記第1面に対して、導電性の接合部材を介して固定される振動素子と、
前記第2面側に絶縁層を介して設けられる第1外部接続端子と、
を含み、
前記第2面には、
前記貫通電極を介して前記振動素子に電気的に接続され、前記振動素子を発振させて発
振信号を生成する発振回路と、
前記発振信号に基づくクロック信号を出力する出力バッファー回路と、
前記第1外部接続端子に電気的に接続されている第1コンタクトパッドと、
前記出力バッファー回路と前記貫通電極との間にロジック回路と、
が配置され、
前記出力バッファー回路と前記貫通電極との距離をDbxとし、前記出力バッファー回
路と前記第1コンタクトパッドとの距離をDbcとしたとき、
Dbc<Dbxであることを特徴とする振動デバイス。
a semiconductor substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface; and a base including a through electrode extending between the first surface and the second surface;
a vibration element fixed to the first surface via a conductive bonding member;
a first external connection terminal provided on the second surface side via an insulating layer;
Including,
The second surface has
an oscillation circuit electrically connected to the vibration element via the through electrode and configured to oscillate the vibration element to generate an oscillation signal;
an output buffer circuit that outputs a clock signal based on the oscillation signal;
a first contact pad electrically connected to the first external connection terminal;
a logic circuit between the output buffer circuit and the through electrode;
is placed,
When the distance between the output buffer circuit and the through electrode is Dbx and the distance between the output buffer circuit and the first contact pad is Dbc,
A vibration device, characterized in that Dbc<Dbx.
請求項1に記載の振動デバイスにおいて、
前記ベースは、
第1辺と前記第1辺に対向する第2辺を有し、
前記第1辺から前記第2辺へと、前記貫通電極、前記第1コンタクトパッド、前記出力
バッファー回路の順に配置されていることを特徴とする振動デバイス。
2. The vibrating device according to claim 1,
The base is
A first side and a second side opposite to the first side,
A vibration device, characterized in that the through electrode, the first contact pad, and the output buffer circuit are arranged in this order from the first side to the second side.
請求項2に記載の振動デバイスにおいて、
第1コンタクトパッドは、電源電圧が供給される電源用のコンタクトパッドであること
を特徴とする振動デバイス。
The vibration device according to claim 2 ,
A vibration device, wherein the first contact pad is a power supply contact pad to which a power supply voltage is supplied.
請求項1に記載の振動デバイスにおいて、
前記ベースは、
第1辺と前記第1辺に対向する第2辺を有し、
前記第1辺から前記第2辺へと、前記貫通電極、前記出力バッファー回路、前記第1コ
ンタクトパッドの順に配置されていることを特徴とする振動デバイス。
2. The vibrating device according to claim 1,
The base is
A first side and a second side opposite to the first side,
A vibrating device, characterized in that the through electrode, the output buffer circuit, and the first contact pad are arranged in this order from the first side to the second side.
請求項4に記載の振動デバイスにおいて、
第1コンタクトパッドは、前記クロック信号が出力されるクロック信号出力用のコンタ
クトパッドであることを特徴とする振動デバイス。
The vibration device according to claim 4 ,
A vibrating device, characterized in that the first contact pad is a contact pad for outputting a clock signal through which the clock signal is output.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の振動デバイスにおいて、
前記第2面側に、前記絶縁層を介して設けられる第2外部接続端子を含み、
前記第2面には、
前記第2外部接続端子に電気的に接続される第2コンタクトパッドが配置され、
前記出力バッファー回路と前記第1コンタクトパッドとの間の距離をDbc1とし、前
記出力バッファー回路と前記第2コンタクトパッドとの間の距離をDbc2としたとき、
Dbc1<Dbx、且つ、Dbc2<Dbxであり、
前記第1面に直交する方向からの平面視において、前記第1コンタクトパッドと前記第
2コンタクトパッドとの間に前記出力バッファー回路が配置されていることを特徴とする
振動デバイス。
The vibration device according to claim 1 ,
a second external connection terminal provided on the second surface side via the insulating layer;
The second surface has
a second contact pad is disposed to be electrically connected to the second external connection terminal;
When the distance between the output buffer circuit and the first contact pad is Dbc1 and the distance between the output buffer circuit and the second contact pad is Dbc2,
Dbc1<Dbx and Dbc2<Dbx,
A vibrating device characterized in that, when viewed in a planar view from a direction perpendicular to the first surface, the output buffer circuit is disposed between the first contact pad and the second contact pad.
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の振動デバイスにおいて、
前記第2面には、
前記出力バッファー回路と前記貫通電極との間に、前記発振信号の温度補償を行う温度
補償回路が配置されていることを特徴とする振動デバイス。
The vibration device according to claim 1 ,
The second surface has
A resonator device, comprising: a temperature compensation circuit that performs temperature compensation for the oscillation signal, disposed between the output buffer circuit and the through electrode.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の振動デバイスにおいて、
前記第2面には、
温度センサー回路が配置され、
前記貫通電極は、
前記出力バッファー回路と前記温度センサー回路との間に配置されていることを特徴と
する振動デバイス。
The vibration device according to claim 1 ,
The second surface has
A temperature sensor circuit is provided,
The through electrode is
A vibration device, characterized in that it is disposed between the output buffer circuit and the temperature sensor circuit.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の振動デバイスにおいて、
前記接合部材は、
一端が前記振動素子に電気的に接続され、他端が前記貫通電極に電気的に接続されるバ
ンプを含むことを特徴とする振動デバイス。
9. The vibration device according to claim 1,
The joining member is
A vibration device comprising a bump having one end electrically connected to the vibration element and the other end electrically connected to the through electrode.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の振動デバイスにおいて、
前記振動素子を収容するように前記ベースに接合されているリッドを含むことを特徴と
する振動デバイス。
10. The vibration device according to claim 1 ,
A vibration device comprising a lid joined to the base so as to house the vibration element.
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