特開 2024-88102 圧電発振器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024088102

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】圧電発振器

(51)【国際特許分類】

   H03B 5/32 20060101AFI20240625BHJP

【ＦＩ】

H03B5/32 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022203096

(22)【出願日】2022-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】小山 康二

【テーマコード（参考）】

5J079

【Ｆターム（参考）】

5J079AA03

5J079BA11

5J079BA43

5J079FA01

5J079HA03

5J079HA07

5J079HA16

5J079HA26

(57)【要約】

【課題】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。
【解決手段】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、振動子室に収容されている当該圧電振動子と、半導体室に収容されている当該半導体素子と、半導体室底部及び半導体素子の間に充填された樹脂と、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、半導体素子は平面視で四角形状のものであり、半導体素子は半導体室に接合する面と反対の面に切れ込みを備え、切れ込みは、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。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
を特徴とする圧電発振器。

【請求項2】

前記切れ込みは、前記半導体素子の２辺にかかる１本又は複数本の切れ込みであることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。

【請求項3】

前記切れ込みは、前記半導体素子の平行又は隣り合う２辺にかかる切れ込みであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電発振器。

【請求項4】

前記切れ込みは、平面視で十字状であることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－２６４４２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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。

【発明の効果】

【0008】

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。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）図は、本発明の実施形態の圧電発振器を説明するための図である。

【図2】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）図は、本発明の実施形態の圧電発振器に樹脂を滴下塗布する工程の図である。

【図3】（Ａ）、（Ｂ）図は、本発明の実施形態の圧電発振器において、樹脂が半導体素子下に流れ込む様子の図である。

【図4】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）図は、比較例の圧電発振器に樹脂を滴下塗布する工程の図である。

【図5】（Ａ）、（Ｂ）図は、比較例の圧電発振器において、樹脂が半導体素子下に流れ込む様子の図である。

【図6】本発明の圧電発振器における半導体素子の切れ込みの他の例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【符号の説明】

【0023】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】