WO2000033455A1

WO2000033455A1 - Dispositif piezo-electrique et son procédé de fabrication

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Publication number: WO2000033455A1
Application number: PCT/JP1999/006091
Authority: WO
Inventors: Masayuki Kikushima
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2000-06-08
Also published as: US6762537B1; JP3678148B2

Description

明細書圧電デバイス及びその製造方法技術分野

本発明は、半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイス及びその製造方法に関するものである。背景技術

近年、 H D D (ハード ' ディスク ' ドライブ）、モバイルコンピュー夕、あるいは I C力一ド等の小型の情報機器や、携帯電話や自動車電話等の移動体通信機器において装置の小型薄型化がめざましく、それらに用いられる圧電発振器や電圧制御発振器（ V C X O ) や温度補償発振器 (T C X O) や S A W発振器、あるいはリアルタイムクロックモジュ一ル等の圧電デバイスも小型薄型化が要求されている。又、それとともに、装置の回路基板に両面実装が可能な表面実装タィプの圧電デバイスが求められている。

そこで、従来の圧電デバイスの一例を、発振回路を有するワンチップの半導体集積回路と、圧電振動子に A Tカツト水晶振動子とを用いた第 1 6図（ a ) 、第 1 6図（ b ) の構造図で示される水晶発振器を用いて説明する。

第 1 6図（ a ) 、第 1 6図（ b ) の従来の水晶発振器の構成において、発振回路を有する I Cチップ 1 0 i は、セラミツク絶縁基板で形成されたベース 1 0 2 の底面に導電性接着剤等により接着固定され、 A uヮィヤーボンディング線 1 0 3 により、ベース 1 0 2 の底面外周部に W ( タングステン）あるいは M 0 (モリブデン）等の金属でメ夕ライズされ 0/33455

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、 N i メツキと A uメツキで多層メツキされた入出力用電極 1 0 4等に電気的に接続されている。具体的に説明すると、 I Cチップ 1 0 1 には複数の電極 1 0 8 が設けられており、これらの電極 1 0 8 がワイヤーボンデイング線 1 0 3 によって上述の入出力用電極 1 0 4 等に電気的に接続される。

又、矩形タイプの A Tカツト水晶振動子 1 0 5 が、ベース 1 0 2 のマゥント部 1 0 6 に導電性接着剤等で電気的に接続され固定されている。そして、 N ₂ (窒素）雰囲気あるいは真空雰囲気に内部を保ち、ベース 1 0 2 の最上部のメツキ層と、金属製のリツド 1 0 7 とをリツド 1 0 7 に形成された半田等の金属クラッド材を高温にて溶融させて接合し気密に封止している。

以上に示す従来の水晶発振器は、 I Cチップ 1 0 1 の周囲に A u ワイャ一ボンディング線 1 0 3 を配線するエリアが必要であること、又、パッケージの厚み方向でも、 A uワイヤーボンディング線 1 0 3 のループ高さの確保や、 A u ワイヤーボンディング線 1 0 3 と A Tカット水晶振動子 1 0 5 との隙間の確保が必要であること等、この構成が水晶発振器を小型薄型にするための制約となっている。

本発明の目的は、上記課題を解消して、機械的な衝撃に強く、小型薄型サイズで主に厚み 1 m m以下の水晶発振器等の圧電デバイスを安価に提供すること及びその製造方法を提供することである。発明の開示

請求の範囲第 1 項の発明は、半導体集積回路と圧電振動子とをパッケ一ジに内蔵した圧電デバイスにおいて、入出力用の電極パターンが形成されたベースのセン夕一に開口部が形成され、前記開口部のセンタ一に前記半導体集積回路が搭載され、前記半導体集積回路は前記ベースの電極パターンと複数のバンプにより接合されていることを特徴とする圧電デバイスである。

請求の範囲第 2項の発明は、請求の範囲第 1項の構成において、前記半導体集積回路に形成された複数のバンプが、前記半導体集積回路の能動素子面のセンタ一周辺に等間隔に形成されていることを特徴とする。請求の範囲第 3項の発明は、請求の範囲第 1項の構成において、前記半導体集積回路に形成された複数のバンプが、前記半導体集積回路の能動素子面のセンタ一を中心として、同心円上に形成されていることを特徴とする。

請求の範囲第 4項の発明は、請求の範囲第 1項の構成において、前記半導体集積回路は能動素子面にダミ一バンプが形成されていることを特徴とする。

請求の範囲第 5項の発明は、請求の範囲第 4項の構成において、前記半導体集積回路に形成されたダミーバンプが、前記ベースの電極パターンに接続されていることを特徴とする。

請求の範囲第 6項の発明は、請求の範囲第 1項の構成において、前記圧電振動子がマウントされる積層部が前記半導体集積回路の周囲を囲み、かつ少なくとも第 1層、第 2層の 2層で形成されており、前記第 1層の開口部が前記第 2層の開口部より大きく形成されていることを特徴とする。

請求の範囲第 7項の発明は、請求の範囲第 1項の構成において、前記半導体集積回路に形成された複数のバンプの直径が、それぞれ前記半導体集積回路の能動素子面のパッドの開口部の 1辺の 0 . 8 〜 0 . 9倍及び 0 . 4 〜 0 . 4 5倍の 2段形状のバンプで形成されていることを特徴とする。請求の範囲第 8項の発明は、請求の範囲第 1 項の構成において、前記ベースがセラミックの積層基板からなることを特徴とする。

請求の範囲第 9項の発明は、請求の範囲第 1 項の構成において、前記半導体集積回路に形成された複数のバンプがそれぞれ A uバンプであることを特徴とする。

請求の範囲第 1 0項の発明は、請求の範囲第 1 項の構成において、前記半導体集積回路の各辺に対向する少なくとも 1 つ以上のベースの側壁に、凸部を形成したことを特徴とする。

請求の範囲第 1 1 項の発明は、請求の範囲第 1 0項の構成において、前記半導体集積回路の長手方向の 2辺に対向するベースの側壁に、凸部を形成したことを特徴とする。

請求の範囲第 1 2項の発明は、請求の範囲第 1 0項の構成において、前記ベースの側壁に形成した凸部が、前記半導体集積回路と同じ高さかあるいはそれ以上であることを特徴とする。

請求の範囲第 1 3項の発明は、請求の範囲第 1 0項の構成において、前記ベースの側壁に形成した凸部と前記半導体集積回路との隙間が、 0 . 0 5 〜 0 . 1 5 m mとなるようにしたことを特徴とする。

請求の範囲第 1 4項の発明は、半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、入出力用の電極パターンが形成されたベースに開口部が形成され、複数のバンプが前記半導体集積回路の能動素子面の対向する 2辺に形成され、前記開口部に前記半導体集積回路が搭載され、前記半導体集積回路は前記ベースの電極パターンと前記複数のバンプにより接合されていることを特徴とする圧電デバイスである。

請求の範囲第 1 5項の発明は、請求の範囲第 1 4項の構成において、前記半導体集積回路に形成された複数のバンプが、前記半導体集積回路 00/33455

5 の能動素子面のセンター周辺に等間隔に形成されていることを特徴とする。

請求の範囲第 1 6項の発明は、請求の範囲第 1 4項の構成において、前記半導体集積回路は能動素子面にダミーバンプが形成されていることを特徴とする。

請求の範囲第 1 7項の発明は、請求の範囲第 1 6項の構成において、前記半導体集積回路に形成されたダミ一バンプが、前記ベースの電極パターンに接続されていることを特徴とする。

請求の範囲第 1 8項の発明は、請求の範囲第 1 4項の構成において、前記圧電振動子がマウン卜される積層部が前記半導体集積回路の周囲を囲み、かつ少なくとも第 1 層、第 2層の 2層で形成されており、前記第 1層の開口部が前記第 2層の開口部より大きく形成されていることを特徴とする。

請求の範囲第 1 9項の発明は、請求の範囲第 1 4項の構成において、前記半導体集積回路に形成された複数のバンプの直径が、それぞれ前記半導体集積回路の能動素子面のパッドの開口部の 1辺の 0 . 8 〜 0 . 9 倍及び 0 . 4 〜 0 . 4 5倍の 2段形状のバンプで形成されていることを特徴とする。

請求の範囲第 2 0項の発明は、請求の範囲第 1 4項の構成において、前記ベースがセラミックの積層基板からなることを特徴とする。

請求の範囲第 2 1 項の発明は、請求の範囲第 1 4項の構成において、前記半導体集積回路に形成された複数のバンプが A uバンプであることを特徴とする。

請求の範囲第 2 2項の発明は、半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、入出力用の電極パターンが形成されたベースのセンタ一に開口部が形成され、複数のバンプが前記半 00/334

6 導体集積回路の能動素子面の対向する 2辺に形成され、前記開口部のセン夕一に前記半導体集積回路が搭載され、前記半導体集積回路は前記べースの電極パターンと前記複数のバンプにより超音波接合手段により接合されていることを特徴とする。

請求の範囲第 2 3項の発明は、請求の範囲第 2 2項の構成において、前記半導体集積回路に印加される超音波の振動方向が、前記複数のバンプが形成された前記半導体集積回路の能動素子面の対向する 2辺に対し、垂直方向であることを特徴とする。

請求の範囲第 2 4項の発明は、請求の範囲第 2 2項の構成において、前記ベースの電極パターンの印刷方向と前記半導体集積回路に印加される超音波の振動方向が同一方向であることを特徴とする。

請求の範囲第 2 5項の発明は、請求の範囲第 2 2項の構成において、前記半導体集積回路に形成された複数のバンプの直径が、それぞれ前記半導体集積回路の能動素子面のパッドの開口部の 1辺の 0 . 8 〜 0 . 9 倍及び 0 . 4 〜 0 . 4 5倍の 2段形状のバンプで形成されていることを特徴とする。

請求の範囲第 2 6項の発明は、請求の範囲第 2 5項の構成において、前記半導体集積回路に形成された複数のバンプの形状が、それぞれ直径 8 0 〜 9 0 m、高さ 3 0 〜 3 5 〃 m、及び直径 4 0 〜 4 5 〃 m、高さ 3 0 〜 3 5 mの 2段形状のバンプで形成されていることを特徴とする請求の範囲第 2 7項の発明は、請求の範囲第 2 2項の構成において、前記べ一スがセラミックの積層基板からなることを特徴とする。

請求の範囲第 2 8項の発明は、請求の範囲第 2 2項の構成において、前記半導体集積回路に形成された複数のバンプが A uバンプであることを特徴とする。請求の範囲第 2 9項の発明は、請求の範囲第 2 2項の構成において、前記ベースの電極パターンの長手方向と、前記半導体集積回路に印加される超音波の振動方向とが同一方向であることを特徴とする。

請求の範囲第 3 0項の発明は、請求の範囲第 2 2項の構成において、半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、前記半導体集積回路にバンプを形成する超音波接合の超音波の振動方向と、前記半導体集積回路を前記パッケージに超音波接合する超音波の振動方向とが異なる方向であることを特徴とする。

請求の範囲第 3 1 項の発明は、半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイスの製造方法において、前記半導体集積回路に金属のバンプを形成する工程と、前記金属のバンプが形成された前記半導体集積回路をベースに超音波接合により接続する工程と、超音波接合加工中に前記半導体集積回路の高さ方向の検出を行う工程と、前記圧電振動子をマウン卜する工程と、前記ベースに金属製のリッドを気密封止する工程とからなることを特徴とする圧電デバイスの製造方法である。

請求の範囲第 3 2項の発明は、半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイスの製造方法において、前記半導体集積回路に金属のバンプを形成する工程と、前記金属のバンプが形成された前記半導体集積回路をベースに超音波接合により接続する工程と、超音波接合加工中に前記半導体集積回路の高さ方向の検出を行う工程と、アンダーフィル材を前記半導体集積回路の裏面を含み、前記半導体集積回路全体を覆うようにして前記半導体集積回路の周囲に形成する工程と、前記圧電振動子をマウントする工程と、前記ベースに金属製のリツドを気密封止する工程とからなることを特徴とする圧電デバイスの製造方法である。図面の簡単な説明

第 1 図は、本発明の圧電デバイスの構造図。

第 2図は、本発明の圧電デバイスのゥヱハ一へのバンプ形成図。

第 3図は、本発明の圧電デバイスのバンプ形状図。

第 4図は、本発明の圧電デバイスの他のバンプ形状図。

第 5図は、本発明のフリップチップボンディングプロセスを示すェ程図。

第 6図は、 F E M解析による応力分布図。

第 7図は、本発明の他の実施例を示す構造図。

第 8図は、本発明の他の実施例を示す構造図。

第 9図は、本発明の他の実施例を示す構造図。

第 1 0図は、本発明の他の実施例を示す平面図及び正面図。

第 1 1 図は、本発明の他の実施例を示す平面図及び正面図。

第 1 2図は、本発明の他の実施例を示す構造図。

第 1 3図は、本発明の接合部の断面を示す構造図。

第 1 4 図は、本発明のさらに他の実施例の水晶発振器の構造を示す構造図。

第 1 5図は、第 1 4図の部分 A Rの構成例を示す拡大平面図。

第 1 6図は、従来の圧電デバイスの構造図。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の圧電デバイスの実施の一形態を、発振回路を有するワンチップの半導体集積回路と、圧電振動子に A Tカツト水晶振動子とを用いた

、水晶発振器を例として図面に基づいて説明する。 /33

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(実施例 i )

第 1 図は、本発明の一実施例を示す表面実装タイプの水晶発振器の構造図である。

第 1 図（ a ) の平面図及び第 1 図（ b ) の正面図に示すように、少なくとも 3層からなるセラミツク絶縁基板と、 F e— N i 合金等で枠状に型抜きされたシールリングとで形成されたベース 1 の第 1 層に、半導体集積回路（ I Cチップ：以下 I Cチップと記す） 2 と接続するための電極パターン 3 が、 W (タングステン）あるいは M 0 (モリブデン）等の金属配線材料で印刷等によりメタライズされている。そして、その上には、 N i メツキ及び A uメツキ等が施されている。

又、 I Cチップ 2 の電極パッドには A u等の金属のバンプ 4 が形成され、フリップチップボンディング工法によりべ一ス 1 に形成された電極パターン 3 と接続されている。このフリップチップボンディング工法には、種々の加工法があるが、本実施例で用いている工法は超音波による A u — A uの固相接合を用いた加工方法である。

又、 A Tカツ卜水晶振動子 6 は、その支持部 7 をベース 1 の第 2層 5 に設けられたマウント部 8 に導電性接着剤 9 で接続固定されている。更に、金属製のリツド（蓋） 1 1 をベース 1 の F e — N i 合金等で枠状に型抜きされたシールリング 1 2 に位置合わせして固定し、シ一ム溶接により気密に封止している。

以上により、小型薄型の表面実装パッケージの水晶発振器 1 3 が完成する。

次に、 I Cチップ 2 に A u等で形成されたバンプ 4 を形成するバンプ形成プロセスと、 I Cチップ 2 をベース 1 に形成された電極パターン 3 に接続する、フリップチップボンディングのプロセスについて詳細に説明する。例えば、第 2 図に示すように例えば 4 ィンチ〜 6 ィンチのゥヱハー状態の I Cチップ 2 の各パッド 1 4 に、その線径が例えば Φ 2 5 〜 3 5 μ m程度の A uボンディング細線を用いて超音波バンプボンディングにより、複数のバンプ 4 を形成する。

ここで、バンプ 4 の形状は種々考えられるが、本実施例では第 3 図に示すように 2段形状のバンプ 4 を形成している。

そのバンプ 4 の形状は、 I Cチップ 2 のパッド 1 4 のパッド開口部 1 5 の一辺を A とすると、バンプ 4 の直径が、それぞれ例えば Φ 0 . 8 〜 0 . 9 A及び Φ 0 . 4 〜 0 . 4 5 Aの 2段形状となっている。

更に、具体的な数値で示すと、バンプ 4 は、例えば一般的なパッド 1 4 のパッド開口部 1 5 の一辺の長さを 1 0 0 〃 mとすると、直径 Φ 8 0 〜 9 0 〃 m、高さ 3 0 〜 3 5 〃 m、及び直径 Φ 4 0 〜 4 5 i m、高さ 3 0 〜 3 5 mの 2段形状であることが望ましい。

又、ウェハー状態で複数個（数千個程度）の I Cチップ 2 にバンプ形成加工を行うため、このバンプ形成加工の温度は低いことが望ましく、本実施例では 1 8 0 °C前後の温度でバンプ加工を行っている。この温度については、接合強度及び共晶の程度の評価実験により例えば 1 8 0 t 〜 2 3 0で程度の範囲が適当である。

又、バンプ 4 の 2段目の先端部についてはその平坦度を良くするために、第 4 図に示すようにバンプ 4 の先端部を潰してレペリングを施した形状を用いてもよい。

次に、以上の形状でバンプ 4 が形成された I Cチップ 2 を、ベース 1 にフリップチップボンディングするプロセスについて詳細に説明する。第 5 図は、フリップチップボンディングの加工工程図を示す。

ウェハー上の I Cチップ 2 は、角錐コレツト等のノズルによりピックアップされ、反転されて、超音波ホーンの先端ノズルに受け渡しされる。そして、フリップチップボンディング装置に設けられた画像認識等のシステムにより、 I Cチップ 2 がァライメン卜されて精度良くべ一ス 1 のマウントエリアにチップマウントされる。

更に、 I Cチップ 2 がべ一ス 1 の電極パターン 3上に接しフリップチップボンディング装置がその負荷を検出すると、 1バンプ当たり 1 0 0 g r前後の荷重を印加し、そして同時に超音波を印加してバンプ 4 と電極パターン 3 の A u同士を固相接合する。超音波の条件は、超音波のパヮ一と超音波を加える時間により設定される。又、この接合には適度の熱も必要であり、ベース 1 にはあらかじめ例えば 1 5 0 T：〜 2 0 0 °C前後の熱が加えられている。又、超音波加工中にもベース 1 には同様な熱が加えられている。

又、フリップチップボンディング装置には、 I Cチップ 2の高さ方向を検出するセンサ一が設けられており、その高さ方向のデータを管理しながらバンプ 4 の高さを均一な状態で加工することが可能である。

ここで、本実施例で用いている加工条件は、 1バンプ当たり百グラム前後の荷重を印加し、超音波の条件については、 I Cチップ 2 のサイズや、バンプ 4 の数により設定された条件値を用いている。

第 6図は、 F E M ( F i n i t e E l e m e n t M e t h o d ) 解析を用いたリフロー時や温度サイクル試験等の熱応力が水晶発振器 1 3 に加わった時の I Cチップ 2及びバンプ 4周辺の応力分布図を示す。この応力分布図よりバンプ 4 の配置位置により応力値が異なり、特に I Cチップ 2 のコーナー部のバンプ 4周辺、又バンプ 4 が少ない箇所等に強い応力集中が働いていることが確認できる。

このように、バンプ 4周辺に応力が発生するとバンプ 4 と電極バタ一ン 3 とがオープンになるという不良が発生しやすい。このような不良は、特にリフ口一時等の高温が急激に水晶発振器 1 3 に加わる場合や、長期のエージング等、あるいは水晶発振器 1 3 を内蔵した携帯機器等の製品の落下、振動等の機械的ショックにより発生しやすい。

この熱応力又は落下、振動等の機械的な応力はベース 1 の構造全体が関係しており、バンプ 4 周辺に応力が集中しないような水晶発振器 1 3 の構造を提供することも本発明の目的である。以下にその構造のポイントについて説明する。

第 1 図に示すように、ベース 1 のセン夕一に開口部 1 6 が形成され、開口部 1 6 のセン夕一に I Cチップ 2 が搭載された構造を用いている。従って、水晶発振器 1 3 が何らかの応力を受けた時、この構造により応力は I Cチップ 2 に均一に加わり、特定の部位に応力が集中するということがない。

次に、ダミーバンプ 1 7 が形成されている構造について説明する。このダミーバンプ 1 7 は、ベース 1 にレイアウトされた電極パターン 1 8 と接合している。本実施例においては、この電極パターン 1 8 は入出力用の端子には接続されておらず、電気的には浮いた状態で構成されている。

このように、ダミーバンプ 1 7 が形成される構造により、バンプ 4 の配列が対向する 2辺において均一となりバンプ 4 周辺に発生する応力値も等分化される。

従って、特定の部位に応力が集中するということがなく、熱応力や機械的な応力に対しバランスの良い接合特性が得られる構造となっている次に、超音波の印加方向とバンプ 4 の変形について説明する。

超音波を印加してバンプ 4 と電極パターン 3 の A u同士を固相接合するプロセスにおいて、第 3 図に示すバンプ 4 の 2段形状のイニシャル形状を変形させて接合する。この時に隣接するバンプ 4 同士がショートしないように、また全てのバンプ 4 と電極パターン 3 との接合が均一に行われるように、超音波の印加方向に対するバンプ 4 の配列の仕方や、ベース 1 に印刷する電極パターン 3 の印刷方向及び超音波の印加方向を規定している。

即ち、具体的には、 I Cチップ 2 に印加される超音波の振動方向が、複数のバンプ 4 が形成された I Cチップ 2 の能動素子面の対向する辺に対し、おおむね垂直方向であるようにして接合加工が行われる。

第 1 3 図は、電極パターン 3 とバンプ 4 の接合部の断面図を示している。

電極パターン 3 は、電極材料を厚膜印刷するためにその両端はダレており、このような部分ではバンプ 4 と電極パターン 3 とは接合されない従って、電極パターン 3 の長手方向と直角の方向に超音波の振動方向を合わせて加工すると、接合が均一には行われず十分な接合力が得られないという課題がある。そのため、本実施例においては、ベ一ス 1 の電極パターン 3 の長手方向及び電極パターン 3 の印刷方向と、 I Cチップ 2 に印加される超音波の振動方向が同一方向であるようにして接合加工を亍っている。

次に、 A Τカット水晶振動子 6 をべ一ス 1 にマウン卜するプロセスについて説明する。

第 1 図に示すように、 A Tカツト水晶振動子 6 は、ベース 1 の第 2層 5 に設けられたマウント部 8 のマウント用電極 2 1 、 2 2 に導電性接着剤 9 により接続固定される。

そして、導電性接着剤 9 の硬化を含めて I Cチップ 2及び A Tカツ卜水晶振動子 6 を内蔵したパッケージ全体は、高温でァニール処理される。これは、導電性接着剤 9 やベース 1等からのァゥトガスを除去する効果もあり、一般的には例えば 2 0 0 T：〜 3 0 0 °Cの高温下で 1 〜 2 時間の処理が行われる。

この熱処理により、バンプ 4 部の A 1 — A u共晶反応や、 A u— A u 固相接合の反応や、接合部の応力緩和等が進み、バンプ 4 の接合強度等の接合特性が変化する。本実施例では、このようなフリップチップボンディング以降の熱履歴を踏まえて、バンプ 4 の形成条件ゃフリップチップボンディング条件等を決定している。

更に、金属製のリツド 1 1 は、ベース 1 の F e — N i 合金等で枠状に型抜きされたシールリング 1 2 に位置合わせして固定され、シ一厶溶接により気密に封止している。

(実施例 2 )

第 7 図は、本発明の他の実施例の水晶発振器の構造を示す平面図である。

この水晶発振器は、複数のバンプ 4 が I Cチップ 2 の能動素子面のセン夕一周辺に等間隔に形成されている構成である。

このような構成にすることにより、バンプ 4 に加わる応力を均一化することができ、ノンプ 4 と電極パターン 3 とのオープン不良の発生がない。また、このような構成にすることにより、超音波による接合加工がバランス良く行え、 I Cチップ 2 が傾いて実装されるというような不良も発生しない。

(実施例 3 )

第 8図は、本発明のさらに他の実施例の水晶発振器の構造を示す平面図である。

この水晶発振器は、 I Cチップ 2 に形成された複数のバンプ 4 力 I C チップ 2 の能動素子面のセンターを中心として、同心円上に形成されている構成である。

実施例 2 と同様に、バンプ 4 に加わる応力を均一化することができ、バンプ 4 と電極パターン 3 とのォ一プン不良の発生がない。また超音波による接合加工がバランス良く行え、 I Cチップ 2 が傾いて実装されるというような不良も発生しない。

(実施例 4 )

第 9 図は、本発明のさらに他の実施例の水晶発振器の構造を示す構造図である。

この水晶発振器では、 I Cチップ 2 の裏面を覆うようにしてアンダ一フィル材 2 3 が塗布されている。このアンダーフィル材 2 3 は、接合の信頼性を高めるとともに、熱伝導性を良くして I Cチップ 2 の発熱を外部に逃がす役目も兼ねている。

更に、アンダーフィル材 2 3 がバンプ 4 の接合部に十分に浸透するように、 A Tカット水晶振動子 6 がマウントされる第 2層 5 が、 a層 2 4 (第 1 層）、ヒ層 2 5 (第 2層）の 2層で形成されており、 a層 2 4 の開口部が、 b層 2 5 の開口部より大きく形成されている。このように第 2層 5 を形成することにより、アンダーフィル材 2 3 力バンプ 4 の接合部まで十分に浸透して、信頼性の高い接合構造となる。

(実施例 5 )

第 i 0図（ a ) 、第 1 0図（ b ) は、本発明のさらに他の実施例の水晶発振器の構造を示す構造図である。

第 1 0図（ a ) に示すように、この水晶発振器では、例えば I Cチップ 2 の長手方向の 2辺に対向するベース 1 の側壁に、凸部 3 1 が形成されている。そして、 I Cチップ 2 と凸部 3 1 の隙間 3 2 が、例えば 0 . 0 5 〜 0 . 1 5 m mとなるように設定されている。本実施例では、隙間 3 2 は例えば 0 . 1 5 m mとなるように設定している。 5

1 6 実施例 1 と同様に I Cチップ 2 の電極パッドには A u等の金属のバンプ 4 が形成され、フリップチップボンデイング工法によりベース 1 に形成された電極パターン 3 と接続されている。

次に、第 1 L 図（ a ) 、第 1 1 図（ b ) に示すように I Cチップ 2 の裏面にアンダーフィル材 2 3 を塗布して、 I Cチップ 2 のバンプ 4側にこのアンダーフィル材 2 3 を隙間なく完全に浸透させる方法について詳細に説明する。

ディスペンサー等の塗布装置から I Cチップ 2 に塗布されたアンダーフィル材 2 3 は、第 1 1 図（ b ) に示すように表面張力が働き I Cチップ 2 の裏面内に広がるだけで、 I Cチップ 2 の側面からバンプ 4側に流れていくことはない。

そこで、第 1 1 図（ a ) に示すように、 I Cチップ 2 の長手方向の 2 辺に対向するベース 1 の側壁には、凸部 3 1 が形成されている。これにより、ディスペンサー等の塗布装置から塗布されたアンダーフィル材 2 3 は、その周辺部が凸部 3 1 に接触して広がり、更に I Cチップ 2 と凸部 3 1 の隙間 3 2 を浸透して I Cチップ 2 のバンプ 4側にこのアンダ一フィル材 2 3 が隙間なく完全に浸透する。

ここで、凸部 3 1 の幅しは、 I Cチップ 2 の幅 L 0 の 1 / 3 〜 1 / 2 の寸法に設定している。凸部 3 1 の形状をこのような幅寸法に設定することにより、アンダーフィル材 2 3 がマウント部 8等へ回り込むことを防止している。更にアンダーフィル材 2 3 が、早く I Cチップ 2 のバンプ 4側に回り込む役目も果たしている。

また、第 1 0 図（ b ) に示すように、凸部 3 1 は I Cチップ 2 の裏面 Rより高く、更にバンプ 4 が接続するベース 1 の接合面 S まで形成されている。このように凸部 3 1 を形成することにより、ベース 1 の側壁をアンダーフィル材 2 3 が這い上がることや、 A Tカット水晶振動子 6 のマウント部 8への回り込み等を防止できる。また、凸部 3 1 を形成することにより、ベース 1 の接合面にアンダ一フィル材 2 3 が早く浸透する役目も兼ねている。

隙間 3 2 は、少なくともアンダーフィル材 2 3 の粒子以上の間隔があればよく、種々のアンダーフィル材 2 3 の浸透特性実験から理想的には 0 . 0 5 m m程度が適している。

凸部 3 1 の形状は、第 1 2 図に示すように溝部 3 3 が形成されているような形状でもよい。

以上により、第 1 0図（ b ) に示すように、アンダーフィル材 2 3 が I Cチップ 2 のバンプ 4側の隙間に完全に浸透して、バンプ 4 の周囲を被覆する。

このアンダーフィル材 2 3 は、接合の信頼性を高めるとともに、熱伝導性を良くして I Cチップ 2 の発熱を外部に逃がす役目も兼ねている。以上、セラミツク及び金属といった信頼性が高く、かつ安価な構成部品を用いることにより、例えば横 2 〜 3 . 2 m m、幅 2 〜 2 . 5 m m、厚さ 0 . 7 〜 1 . 0 m mという小型薄型の高信頼性の圧電発振器が安価に提供できる。

(実施例 6 )

第 1 4 図は、本発明のさらに他の実施例の水晶発振器の構造を示す構造図であり、第 1 5 図は、第 1 4 図の部分 A Rの構成例を示す拡大平面図である。

バンプ形成工程は、第 2 図に示すように例えば 4 インチ〜 6 インチのウェハ一状態の I Cチップ 2 の各パッド 1 4 に、その線径が例えば Φ 2 5 〜 3 5 u m程度の A uボンディング細線を用いて超音波バンプボンディングにより、複数のバンプ 4 を形成する。

また、 F C B工程は、第 5 図のフリップチップボンディングの加工ェ程図に示すように、ゥヱハ一上の I Cチップ 2 が角錐コレツト等のノズルによりピックアップされ、反転して超音波ホーンの先端ノズルに受け渡しされる。そして、フリップチップボンディング装置に設けられた画像認識等のシステムにより、 I Cチップ 2 がァライメントされて精度良くベース i のマウントエリアにチップマウントされる。

このようにバンプ 4 を形成したパッド 1 4 には、荷重と超音波による負荷が繰り返し加えられパッド 1 4 に、ダメージが発生する可能性が一見ありそうであるが、本実施形態では以下のようにしてこれを防止している。

本実施例では、第 1 5 図に示すような I Cチップ 2 にバンプを形成する超音波接合の超音波の振動方向 U S 2 と、第 1 4 図に示すような I C チップ 2 をベース 1 に超音波接合する超音波の振動方向 U S 1 とが異なる方向、好ましくは例えば 9 0 ° 異なる方向となるように設定されている。

このように振動方向 U S 1 と振動方向 U S 2 を異なる方向にすることにより、超音波による負荷が繰り返し加えられパッド 1 4 にダメージが発生するのを防止することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。

例えば、発振回路を有するワンチップの半導体集積回路と、圧電振動子に A Tカツト水晶振動子とを用いた水晶発振器を例に述べてきたが、本発明はそれに限定されることなく、例えば電圧制御水晶発振器（ V C

X 0 ) 、温度補償水晶発振器（ T C X O ) 、 S A W発振器あるいはリアルタイムクロックモジユール等の半導体集積回路を内蔵した圧電デバイス全てに適用できる。更に、本発明は、水晶振動子チップや S A Wチップをパッケージにフリップチップボンディングにより実装する圧電デバイスにも同様に適用できる。

以上説明したように本発明によれば、入出力用の電極パターンが形成されたベースのセンターに開口部が形成され、開口部のセンタ一に半導体集積回路が搭載され、半導体集積回路はベースの電極パターンと複数のバンプにより接合されている構造により、応力は半導体集積回路に均一に加わることになり特定のバンプへ応力が集中することがなくなる。これにより、バンプと電極パターンとの接合不良のない構造的に優れた圧電発振器を提供できる。

また、本発明によれば、半導体集積回路は半導体集積回路の能動素子面にダミーバンプが形成されており、そのダミ一バンプが、ベースの電極パターンに接続されている構造により、バンプに加わる応力を均一化することができる。また、超音波による接合加工がバランス良く行え、半導体集積回路が傾いて実装されることもなく、高品質の圧電発振器を提供できる。

また、本発明によれば、アンダーフィル材を半導体集積回路の裏面を含み、半導体集積回路全体を覆うようにして半導体集積回路の周囲に形成することにより、半導体集積回路とベースの接合の信頼性を高めるとともに、半導体集積回路の発熱をァンダーフィル材を伝導させてパッケ ―ジ外部に逃がすことができる。

また、本発明によれば、半導体集積回路に印加される超音波の振動方向を規定することにより、隣接するバンプ同士のショートを防止し、また全てのバンプと電極パターンとの接合が均一に行われる等の安定した超音波接合を行うことができ、高品質で歩留まりの良い圧電発振器を提供できる。

また、本発明によれば、半導体集積回路に形成された複数のバンプの形状を、それぞれ例えば直径 Φ 8 0〜 9 0 〃 m、高さ 3 0〜 3 5 〃 m、 00/334

2 0 及び直径 Φ 4 0 〜 4 5 〃 m、高さ 3 0 〜 3 5 〃 mの 2段形状のバンプに形成することにより、半導体集積回路とベースのギャップを数十 m ( 約 3 0 〃 m前後）に保つことができ、ショートや接合ズレ等の発生しない安定した超音波接合を行うことができる。

また、本発明によれば、半導体集積回路の各辺に対向する少なくとも 1 つ以上のベースの側壁に凸部を形成したことにより、ディスペンサー等の塗布装置から塗布されたアンダーフィル材を、完全に半導体集積回路のバンプ部の隙間に浸透させることができ、ァンダ一フィル材でバンプ部を確実に被覆することが可能となる。また、この構造により、必要なだけの少量のァンダ一フィル材を塗布することが可能となり、アンダーフィル材が A T力ット水晶振動子等に付着して、発振停止や発振周波数のバラツキ等の不具合を発生させることを防止することができる。

また、本発明によれば、半導体集積回路にバンプを形成する超音波接合の超音波の振動方向と、半導体集積回路をパッケージに超音波接合する超音波の振動方向とを異なる方向とすることにより、超音波による負荷が繰り返し加えられてパッドにダメージが発生するのを防止することができる。産業上の利用可能性

このように、本発明は、半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイス及びその製造方法として用いるのに適している

Claims

請求の範囲

1 . 半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、

入出力用の電極パターンが形成されたベースのセンターに開口部が形成され、前記開口部のセンタ一に前記半導体集積回路が搭載され、前記半導体集積回路は前記ベースの電極パターンと複数のバンプにより接合されている

ことを特徴とする圧電デバイス。

2 . 前記半導体集積回路に形成された複数のバンプが、前記半導体集積回路の能動素子面のセンター周辺に等間隔に形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の圧電デバイス。

3 . 前記半導体集積回路に形成された複数のバンプが、前記半導体集積回路の能動素子面のセンターを中心として、同心円上に形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の圧電デバイス。

4 . 前記半導体集積回路は能動素子面にダミーバンプが形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の圧電デバイス。

5 . 前記半導体集積回路に形成されたダミーバンプが、前記ベースの電極パターンに接続されていることを特徴とする請求の範囲第 4 項に記載の圧電デバイス。

6 . 前記圧電振動子がマウントされる積層部が前記半導体集積回路の周囲を囲み、かつ少なくとも第 1 層、第 2層の 2層で形成されており、前記第 1層の開口部が前記第 2層の開口部より大きく形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の圧電デバイス。

7 . 前記半導体集積回路に形成された複数のバンプの直径が、それぞれ前記半導体集積回路の能動素子面のパッドの開口部の 1辺の 0 . 8 〜 0

. 9倍及び 0 . 4 〜 0 . 4 5倍の 2段形状のバンプで形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の圧電デバイス。

8 . 前記べ一スがセラミックの積層基板からなることを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の圧電デバイス。

9 . 前記半導体集積回路に形成された複数のバンプがそれぞれ A uバンプであることを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の圧電デバイス。

1 0 . 前記半導体集積回路の各辺に対向する少なくとも i つ以上のベースの側壁に、凸部を形成したことを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の圧電デバィス。

1 1 . 前記半導体集積回路の長手方向の 2辺に対向するベースの側壁に、凸部を形成したことを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の圧電デバイス。

1 2 . 前記ベースの側壁に形成した凸部が、前記半導体集積回路と同じ高さかあるいはそれ以上であることを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の圧電デバイス。

1 3 . 前記ベースの側壁に形成した凸部と前記半導体集積回路との隙間が、 0 . 0 5 〜 0 . 1 5 m mとなるようにしたことを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の圧電デバイス。

1 4 . 半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、

入出力用の電極パターンが形成されたベースに開口部が形成され、複数のバンプが前記半導体集積回路の能動素子面の対向する 2辺に形成され、前記開口部に前記半導体集積回路が搭載され、前記半導体集積回路は前記べ一スの電極パターンと前記複数のバンプにより接合されていることを特徴とする圧電デバイス。

1 5 . 前記半導体集積回路に形成された複数のバンプが、前記半導体集積回路の能動素子面のセンター周辺に等間隔に形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 4 項に記載の圧電デバイス。

1 6 . 前記半導体集積回路は能動素子面にダミーバンプが形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 4項に記載の圧電デバイス。

1 7 . 前記半導体集積回路に形成されたダミーバンプが、前記ベースの電極パターンに接続されていることを特徴とする請求の範囲第 1 6項に記載の圧電デバイス。

1 8 . 前記圧電振動子がマゥントされる積層部が前記半導体集積回路の周囲を囲み、かつ少なくとも第 1 層、第 2層の 2 層で形成されており、前記第 1 層の開口部が前記第 2層の開口部より大きく形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 4項に記載の圧電デバイス。

1 9 . 前記半導体集積回路に形成された複数のバンプの直径が、それぞれ前記半導体集積回路の能動素子面のパッドの開口部の 1辺の 0 . 8 〜 0 . 9倍及び 0 . 4 〜 0 . 4 5倍の 2段形状のバンプで形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 4 項に記載の圧電デバイス。

2 0 . 前記ベースがセラミックの積層基板からなることを特徴とする請求の範囲第 1 4項に記載の圧電デバイス。

2 1 . 前記半導体集積回路に形成された複数のバンプが A uバンプであることを特徴とする請求の範囲第 1 4項に記載の圧電デバイス。

2 2 . 半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバィスにおいて、

入出力用の電極パターンが形成されたベースのセンタ一に開口部が形成され、複数のバンプが前記半導体集積回路の能動素子面の対向する 2 辺に形成され、前記開口部のセンターに前記半導体集積回路が搭載され、前記半導体集積回路は前記ベースの電極パターンと前記複数のバンプにより超音波接合手段により接合されている

ことを特徴とする圧電デバイス。

2 3 . 前記半導体集積回路に印加される超音波の振動方向が、前記複数のバンプが形成された前記半導体集積回路の能動素子面の対向する 2辺に対し、垂直方向であることを特徴とする請求の範囲第 2 2項に記載の圧電デバイス。

2 4 . 前記ベースの電極パターンの印刷方向と前記半導体集積回路に印加される超音波の振動方向が同一方向であることを特徴とする請求の範囲第 2 2項に記載の圧電デバイス。

2 5 . 前記半導体集積回路に形成された複数のバンプの直径が、それぞれ前記半導体集積回路の能動素子面のパッドの開口部の 1辺の 0 . 8 〜 0 . 9倍及び 0 . 4 〜 0 . 4 5倍の 2段形状のバンプで形成されていることを特徴とする請求の範囲第 2 2項に記載の圧電デバイス。

2 6 . 前記半導体集積回路に形成された複数のバンプの形状が、それぞれ直径 8 0 ~ 9 0 〃 m、高さ 3 0 〜 3 5 〃 m、及び直径 4 0 〜 4 5 m 、高さ 3 0 〜 3 5 〃 mの 2段形状のバンプで形成されていることを特徴とする請求の範囲第 2 5項に記載の圧電デバイス。

2 7 . 前記ベースがセラミックの積層基板からなることを特徴とする請求の範囲第 2 2項に記載の圧電デバイス。

2 8 . 前記半導体集積回路に形成された複数のバンプが A uバンプであることを特徴とする請求の範囲第 2 2項に記載の圧電デバイス。

2 9 . 前記ベースの電極パターンの長手方向と、前記半導体集積回路に印加される超音波の振動方向とが同一方向であることを特徴とする請求の範囲第 2 2項に記載の圧電デバイス。

3 0 . 半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバイスにおいて、前記半導体集積回路にバンプを形成する超音波接合の超音波の振動方向と、前記半導体集積回路を前記パッケージに超音波接合する超音波の振動方向とが異なる方向であることを特徴とする請求の範囲第 2 2項に記載の圧電デバイス。

3 1 . 半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバィスの製造方法において、

前記半導体集積回路に金属のバンプを形成する工程と、

前記金属のバンプが形成された前記半導体集積回路をベースに超音波接合により接続する工程と、

超音波接合加工中に前記半導体集積回路の高さ方向の検出を行う工程と、

前記圧電振動子をマウントする工程と、

前記ベースに金属製のリッドを気密封止する工程と

からなることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。

3 2 . 半導体集積回路と圧電振動子とをパッケージに内蔵した圧電デバィスの製造方法において、

前記半導体集積回路に金属のバンプを形成する工程と、

アンダーフィル材を前記半導体集積回路の裏面を含み、前記半導体集積回路全体を覆うようにして前記半導体集積回路の周囲に形成する工程と、

前記圧電振動子をマウントする工程と、

前記ベースに金属製のリッドを気密封止する工程とからなることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。