JP2024088102A - Piezoelectric Oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動子を収容する凹部を有する振動子室及び半導体素子を収容する凹部を有する半導体室を備えたH型構造の圧電発振器に関する。 The present invention relates to a piezoelectric oscillator with an H-shaped structure that includes a vibrator chamber with a recess for accommodating a vibrator and a semiconductor chamber with a recess for accommodating a semiconductor element.
表面実装型の圧電発振器は、小型・軽量・低背であり、多くの携帯機器に使用されている。その1種に、圧電振動子を収容する凹部の振動子室と、半導体素子を収容する凹部の半導体室を有し、振動子室と半導体室を背中合わせに接合した、断面がHを模しているように見える(H型構造又は二部屋構造という)圧電発振器がある。
H型構造の圧電発振器の場合、半導体素子は半導体室にフェースダウンボンディングによって、搭載される。半導体室は、カバー部材等で密閉されることがなく、搭載した半導体素子はむき出しのまま圧電発振器は製品として完成する。その際、むき出しの半導体素子を保護するために、樹脂を半導体素子の表面に滴下塗布し、半導体素子下に流れ込ませ、半導体素子と半導体室底部の間を埋めることが行われる。これにより、半導体素子と半導体室底部の接合が強化され、外部からの振動や衝撃に対応できる。また、圧電発振器を携帯機器等に搭載する際に使用する半田のフラックスが、半導体素子と半導体室底部との間に入り込み、周波数が既定の周波数からずれてしまうことがあるが、上記樹脂はこれを防ぐことができる。
Surface mount type piezoelectric oscillators are small, lightweight, and low-profile, and are used in many portable devices. One type has a concave transducer chamber that houses the piezoelectric transducer, and a concave semiconductor chamber that houses the semiconductor element, with the transducer chamber and semiconductor chamber joined back-to-back, and the cross section resembles the letter H (called an H-shaped structure or two-chamber structure).
In the case of a piezoelectric oscillator with an H-shaped structure, the semiconductor element is mounted in the semiconductor chamber by face-down bonding. The semiconductor chamber is not sealed with a cover member or the like, and the mounted semiconductor element is left exposed when the piezoelectric oscillator is completed as a product. In order to protect the exposed semiconductor element, resin is dripped onto the surface of the semiconductor element and allowed to flow under the semiconductor element, filling the gap between the semiconductor element and the bottom of the semiconductor chamber. This strengthens the bond between the semiconductor element and the bottom of the semiconductor chamber, making it resistant to external vibrations and shocks. In addition, the solder flux used to mount the piezoelectric oscillator on a mobile device or the like can get in between the semiconductor element and the bottom of the semiconductor chamber, causing the frequency to deviate from the specified frequency, but the resin can prevent this.
特許文献1には、H型構造の圧電発振器の樹脂塗布方法について記載されている。この方法では、平面視で長方形状である凹部の短辺側の壁各々に樹脂注入用の突出孔を設け、突出孔から樹脂を半導体下に滴下塗布することが行われる(特許文献1の段落16、17)。この突出孔により、小型の圧電発振器の場合でも、半導体素子下に樹脂を塗布することができる(特許文献1の段落18)。 Patent Document 1 describes a method of applying resin to a piezoelectric oscillator with an H-shaped structure. In this method, a protrusion hole for injecting resin is provided on each of the short side walls of a recess that is rectangular in plan view, and the resin is dripped from the protrusion hole onto the semiconductor (paragraphs 16 and 17 of Patent Document 1). These protrusion holes make it possible to apply resin underneath the semiconductor element even in the case of a small piezoelectric oscillator (paragraph 18 of Patent Document 1).
しかしながら、圧電発振器は益々小型になる一方、樹脂塗布用ノズルの大きさは変わらないため、半導体室の短辺側の壁各々に樹脂注入用の突出孔を設けることが難しくなってきた。また、半導体室の凹部を囲う壁の1辺と半導体素子との隙間の領域を樹脂塗布の中心として、当該隙間に塗布した樹脂を半導体素子下に流れ込ませる塗布方法も考えられるが、この方法も圧電発振器の小型化が進むと、外周壁の四隅にある外部接続端子間が狭くなり、外周壁に塗布した樹脂が外部接続端子に塗布されてしまい、客先において圧電発振器を搭載する電子機器等の基板に実装する際の半田の濡れ性が悪くなってしまう。 However, while piezoelectric oscillators are becoming smaller, the size of the resin application nozzle remains the same, making it difficult to provide protruding holes for resin injection in each of the short side walls of the semiconductor chamber. Another possible application method is to use the gap between one side of the wall surrounding the recess of the semiconductor chamber and the semiconductor element as the center of resin application, and allow the resin applied to this gap to flow under the semiconductor element. However, with this method, as piezoelectric oscillators become smaller, the distance between the external connection terminals at the four corners of the outer wall becomes narrower, and the resin applied to the outer wall ends up being applied to the external connection terminals, which reduces the wettability of the solder when the piezoelectric oscillator is mounted on a board for an electronic device or the like at the customer's site.
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、従ってこの出願の目的は、振動子を収容する凹部を有する振動子室及び半導体素子を収容する凹部を有する半導体室を備えたH型構造の圧電発振器において、半導体素子下に樹脂を塗布し易くした圧電発振器を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above points, and therefore the purpose of this application is to provide a piezoelectric oscillator with an H-shaped structure that includes a vibrator chamber with a recess for accommodating a vibrator and a semiconductor chamber with a recess for accommodating a semiconductor element, and that makes it easier to apply resin under the semiconductor element.
この目的の達成を図るため、この発明の圧電発振器によれば、圧電振動子を収容する凹部を有した振動子室及び半導体素子を収容する凹部を有した半導体室が背中合わせに接合されているパッケージと、前記振動子室に収容されている当該圧電振動子と、前記半導体室に収容されている当該半導体素子と、前記半導体室底部及び前記半導体素子の間に充填された樹脂と、前記振動子室を封止する蓋部材と、を備える圧電発振器において、
前記半導体素子は平面視で四角形状のものであり、
前記半導体素子は、前記半導体室に接合する面と反対の面に切れ込みを備え、
前記切れ込みは、前記半導体素子の2辺にかかるように設けてあること、
を特徴とする。
ここで言う2辺とは、四角形状の4辺のうち、平行する2辺でもよいし、隣り合う2辺でもよい。
切れ込みは、1本でもよいし、複数本でもよい。
In order to achieve this object, the piezoelectric oscillator of the present invention includes a package in which a transducer chamber having a recess for accommodating a piezoelectric vibrator and a semiconductor chamber having a recess for accommodating a semiconductor element are joined back to back, the piezoelectric vibrator accommodated in the transducer chamber, the semiconductor element accommodated in the semiconductor chamber, resin filled between the bottom of the semiconductor chamber and the semiconductor element, and a lid member sealing the transducer chamber,
The semiconductor element has a rectangular shape in a plan view,
the semiconductor element has a notch on a surface opposite to a surface bonded to the semiconductor chamber;
the notch is provided so as to extend over two sides of the semiconductor element;
It is characterized by:
The two sides referred to here may be two parallel sides or two adjacent sides among the four sides of the quadrangle.
The notch may be one or more.
この発明の圧電発振器によれば、切れ込みを有した半導体素子を使用することで、半導体素子表面に滴下塗布した樹脂が、切れ込みを伝って半導体素子下に流れやすくなり、半導体素子下に必要量の樹脂を充填することができる。これにより、圧電発振器を他機器へ半田搭載した際に、半田のフラックスが半導体素子下に入ることを防止できるので、フラックスに起因する周波数ずれを防げる。また本発明は、パッケージに工夫を施した発明ではないため、今後さらに圧電発振器の小型化が進んだ場合にも対応できる。 The piezoelectric oscillator of this invention uses a semiconductor element with a slit, which allows the resin applied dropwise to the surface of the semiconductor element to easily flow down the slit to underneath the semiconductor element, allowing the required amount of resin to be filled underneath the semiconductor element. This prevents solder flux from getting under the semiconductor element when the piezoelectric oscillator is soldered onto another device, preventing frequency deviations caused by flux. In addition, because this invention does not involve any special packaging design, it can be adapted to future advances in the miniaturization of piezoelectric oscillators.
以下、図面を参照してこの発明の圧電発振器の実施形態について説明する。
なお、説明に用いる各図はこの発明を理解出来る程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明で述べる形状、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a piezoelectric oscillator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
It should be noted that each of the drawings used in the description is merely a schematic illustration to the extent that the present invention can be understood. In addition, in each of the drawings used in the description, similar components are indicated by the same numbers, and their explanation may be omitted. Furthermore, the shapes, materials, etc. described in the following description are merely preferred examples within the scope of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments.
図1は、本発明の実施形態の圧電発振器10を説明する図である。図1(A)は、圧電発振器10の半導体室12を上方から見た斜視図である。図1(B)は、圧電発振器10を半導体素子40の側から見た上面図である。図1(C)は、図1(B)中のA-A線に沿った断面図である。
Figure 1 is a diagram illustrating a
圧電発振器10は、振動子室11と、半導体室12と、パッケージ20と、圧電振動子30と、半導体素子40と、樹脂50と、蓋部材60と、を備えている。
パッケージ20は、振動子室11と半導体室12とが背中合わせに接合された構成となっている。具体的には、この実施形態の場合のパッケージ20は、圧電振動子30を収容する凹部11aを構成している枠状の第1層20xと、振動子室11及び半導体室12の共通の底部となる第2層20yと、半導体素子40を収容する凹部12aを構成している枠状の第3層20zとの、3層の積層構造となっている。
The
The
従って、振動子室11は、第1層20xによって凹部11aを囲う壁を構成し、第2層20yによって底部11aaを構成してあり、そして、振動子室底部11aa上に、圧電振動子30を搭載するための接続パッド11bを備えている。
半導体室12は、第3層20zによって、凹部12aを囲う壁を構成し、第2層20yによって底部12aaを構成し、そして、半導体室底部12aa上に、半導体素子40を搭載するための接続パッド12bを備えている。
パッケージ20の第3層20zの四隅には、外部機器と接続する為の外部接続端子20wを備えている。このパッケージ20は、例えばセラミックパッケージで構成できる。
Therefore, the
The
圧電振動子30は、平面視において四角形状であり、表裏の面に励振用電極と、各励振用電極から圧電振動子30の一つの短辺に引出している、引出電極を備えている(図示せず)。この圧電振動子30は、引出電極の位置で、振動子室11の接続パッド11bに、導電性接着剤11cによって接続固定してある。
The
半導体素子40は、平面視において四角形状であり、半導体室底部12aaの接続パッド12bと対向する部分に、球形状のバンプ40bを備えている。半導体素子40は、接続パッド12bとバンプ40bとによって、半導体室12の底部12aaに、例えばフリップチップボンディングによって接合してある。また、半導体素子40は、バンプ40bを備える面とは反対の面に切れ込み40aを有している。切れ込み40aは半導体素子の2辺にかかるように入っている例であり、図1の例の場合、半導体素子の平行する2長辺にかかるように切れ込み40aが入っている。また、平行する2短辺にかかるように切れ込みが入っていてもよい。切れ込み40aの深さ及び幅は、半導体素子40の切れ込み40aの形成面に製造時に滴下された樹脂(後述する)が、切れ込み40aを伝って半導体素子40の縁から半導体素子40の裏面側に流れ易い深さ及び幅であって、半導体素子40の強度を損ねることのない深さ及び幅としてある。切れ込み40aは、ダイシングにより半導体素子40をウエハから各個片に分割する際に、ダイシングソーの切れ込みの深さを浅くし、半導体素子40に形成すれば簡単に形成することができる。
なお、実施例の図1(C)では、切れ込み40aと直行する断面がU字状の例を示したが、切れ込み40aは、V字状やコの字状であってもよい。
The
In the embodiment shown in FIG. 1C, the cross section perpendicular to the
樹脂50は、エポキシ樹脂等の熱硬化樹脂材で構成してある。樹脂50は、滴下後に加熱処理工程で硬化してあるものである。
蓋部材60は、振動子室11を気密封止しているものであり、平面視において四角形状であり、例えば金属製である。この気密封止構造は、封止方式に応じて任意のものとできる。例えば、振動子室11内を適度な真空又は不活性ガス雰囲気にした後に、第1層20x上に備えられているシールリング(図示せず)と蓋部材60をシーム溶接で接合し、封止する構造等である。
The
The
次に、本発明の理解を深めるため、図2、図3を参照して、半導体室12の底部12aaと半導体素子40の裏面との間に樹脂50を塗布する工程について説明する。樹脂50を塗布する工程を説明するため、図2以降の図は、半導体室12を上面として記載してある。
図2(A)は、圧電発振器10の半導体素子40上に樹脂50を滴下する前の図、図2(B)は、圧電発振器10の半導体素子40上に樹脂50を滴下塗布した後の図、図2(C)は、圧電発振器10の半導体素子40上に樹脂50を滴下塗布した後の上面図、図3(A)は、圧電発振器10の半導体素子40の切れ込み40aの溝を伝って樹脂50が半導体素子40下に流れ込んでいる途中の図、図3(B)は圧電発振器10の半導体素子40の下に樹脂50が流れきり充填された図、である。
Next, in order to deepen understanding of the present invention, a process of applying
2(A) is a diagram before
樹脂50は、樹脂塗布用ノズル51によって半導体素子40の中央部分に滴下塗布される(図2(C))。樹脂塗布用ノズル51はディスペンサーであってもよい。塗布された直後の樹脂50は、断面から見ると裾広がりの形状になるが、半導体素子40の切れ込み40aがあることで、切れ込み40aの溝に樹脂50が流れ落ち、溝を伝って半導体素子40の裏面に流れる(図3(B))。溝を伝い、樹脂50が半導体室底部12aaに流れ落ち、半導体素子40の裏面、すなわちバンプ40bを備えている面と、半導体室底部12aaとの間を樹脂50で充填することが期待できる。ただ、樹脂50の表面張力の影響があるため、滴下された樹脂50が全て半導体素子40下に流れきることはなく、少量は半導体素子40上に残ると想定する。
半導体素子40と半導体室底部12aaの間に、必要量の樹脂を充填することで、接続パッド12bバンプ40bを樹脂50によって保護することができ、圧電発振器10を別の電子機器に半田搭載した際に、半田のフラックスに起因する周波数ずれを防止することができる。また、半導体素子40と半導体室底部12aaの接合が強化され、外部からの振動や衝撃に対応できる。本発明はパッケージに工夫を施した発明ではないため、今後さらに圧電発振器が小型化した際にも対応できる。
By filling the required amount of resin between the
図4、図5を参照して、比較例の半導体室12の底部12aaと半導体素子40の裏面との間に樹脂50を塗布する工程について説明する。図4(A)は、圧電発振器10の半導体素子41上に樹脂50を滴下する前の図、図4(B)は、圧電発振器10の半導体素子41上に樹脂50を滴下塗布した後の図、図4(C)は、圧電発振器10の半導体素子41上に樹脂50を滴下塗布した後の上面図、図5(A)は、圧電発振器10の半導体素子41上から樹脂50が半導体素子41下に流れ込んでいる途中の図、図5(B)は圧電発振器10の半導体素子41の下に樹脂50が流れきった図、である。
The process of applying
樹脂50は、樹脂塗布用ノズル51によって半導体素子41の中央部分に滴下塗布される(図4(C))。塗布された直後の樹脂50は、断面から見ると裾広がりの形状になるが、半導体素子41の中央から放射状に広がっていく。しかし、半導体素子41が切れ込み40aを有していないことと、樹脂50の表面張力があることにより、少量の樹脂50しか半導体素子41の裏面に流れることができず、滴下した樹脂50の大半は半導体素子41上に残った状態となる。
上記した実施形態では、平行する2辺にかかる一方の線状の切れ込み40aを設けた例を示したが、切れ込み40aの設け方は、これに限られない。
図6に、半導体素子40の切れ込み40aの他の例を示す。
図6(A)は、四角形状の半導体素子40の平行する2辺にかかっている1本の切れ込みの図、図6(B)は、四角形状の半導体素子40の平行する2辺にかかっている切れ込みが2本あり、2本の切れ込みは平面視で十字状になっている図、図6(C)は、四角形状の半導体素子40の4つの角のうちの対角する2つの角にかかって切れ込みが入っている図、図6(D)は、四角形状の半導体素子40の隣り合う2辺に複数本の切れ込みが入っている図、である。
なお、上記した実施形態では半導体素子は平面視で長方形状の例を示したが、半導体素子は平面視で正方形のものでも、もちろんよい。
In the above embodiment, an example is shown in which the
FIG. 6 shows another example of the
FIG. 6(A) is a diagram of one notch extending over two parallel sides of a
In the above embodiment, the semiconductor element has a rectangular shape in a plan view. However, the semiconductor element may have a square shape in a plan view.
10:圧電発振器 11:振動子室
11a:振動子室凹部 11aa:振動子室底部
11b:振動子室の接続パッド 11c:導電性接着剤
12:半導体室 12a:半導体室凹部
12aa:半導体室底部 12b:半導体室の接続パッド
20:パッケージ 20x:パッケージの第1層
20y:パッケージの第2層 20z:パッケージの第3層
20w:外部接続端子 30:圧電振動子
40:本発明の半導体素子 40a:半導体素子の切れ込み
40b:バンプ 41:比較例の半導体素子
50:樹脂 51樹脂塗布用ノズル
60:蓋部材
10: Piezoelectric oscillator 11:
Claims (4)
前記半導体素子は平面視で四角形状のものであり、
前記半導体素子は、前記半導体室に接合する面と反対の面に切れ込みを備え、
前記切れ込みは、前記半導体素子の2辺にかかるように設けてあること、
を特徴とする圧電発振器。 A piezoelectric oscillator comprising: a package in which a transducer chamber having a recess for accommodating a piezoelectric transducer and a semiconductor chamber having a recess for accommodating a semiconductor element are joined back to back; the piezoelectric transducer accommodated in the transducer chamber; the semiconductor element accommodated in the semiconductor chamber; resin filled between the bottom of the semiconductor chamber and the semiconductor element; and a lid member for sealing the transducer chamber,
The semiconductor element has a rectangular shape in a plan view,
the semiconductor element has a notch on a surface opposite to a surface bonded to the semiconductor chamber;
the notch is provided so as to extend over two sides of the semiconductor element;
A piezoelectric oscillator comprising:
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