JP2005039384A - Piezoelectric oscillator, method of manufacturing the same and lead frame - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To keep conductivity of a connection portion for electrically connecting a piezoelectric vibrator constant. <P>SOLUTION: In a piezoelectric oscillator 1, a piezoelectric vibrator 10 and a semiconductor integrated circuit 60 constituting an oscillator circuit are mounted on a laminate lead frame 50. The laminate lead frame 50 consists of an upper lead frame 30 and a lower lead frame 40. The upper lead frame 30 is provided with a connection terminal 36 for electrically connecting an external electrode 24 of a piezoelectric vibrating piece 12. The connection terminal 36 has a ball holding section 80 formed on the upper surface thereof, and a solder ball 82 is disposed on the ball holding section 80 when the external electrode 24 of the piezoelectric vibrating piece 12 is joined. The ball holder 80 is formed of a recess to prevent the solder ball 82 from rolling and falling. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電発振器の製造方法に係り、特にリードフレームを介して圧電振動子と半導体集積回路（ＩＣ）とを電気的に接続する圧電発振器の製造方法および圧電発振器並びにリードフレームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電発振器は、電子機器の小型化に対応して小型化が進められており、圧電振動子と半導体集積回路とをリードフレームの上に重ねて配置し、実装面積を小さくするようにしている（例えば、特許文献１）。また、圧電振動子は、近年、小型化ばかりでなく薄型化が図られ、水晶振動片などの圧電振動片を箱状のパッケージに収納した表面実装型が広く普及している。このような表面実装型の圧電振動子は、箱型パッケージの下面に実装用の外部電極が設けられている。そして、表面実装型の圧電振動子を、発振回路を構成する半導体集積回路に電気的に接続して圧電発振器にする場合、従来、リードフレームや回路パターンに圧電振動子の外部電極を一般に半田ペーストや導電性接着剤によって接合している（例えば、特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２６２１８２８号公報
【特許文献２】特許第３４０５３３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、圧電振動子は、一辺が数ｍｍ以下と非常に小さくなってきており、実装用の外部電極も圧電振動子の外形寸法に対応して小さくなっている。このため、圧電振動子の外部電極をリードフレームや配線パターンに電気的に接続するための、半田ペーストや導電性接着剤の塗布量を制御することが困難となっている。すなわち、半田ペーストや導電性接着剤は、シリンジと称する圧縮空気を利用した吐出器によって吐出、塗布するようにしているが、半田ペーストや導電性接着剤の粘性や表面張力、シリンジのプランジャの摺動性など、多くの要因が微妙に影響して一定の吐出量を得ることが難しい。このため、半田ペーストや導電性接着剤の層の厚さや拡がり状態が一定せず、圧電振動子の外部電極の接合部における導電率、抵抗値にばらつきを生ずる。この接合部における導電率、抵抗値のばらつきは、小型化された圧電振動子の発振に影響を与えるため、高精度な発振器とすることができない。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、圧電振動子を電気的に接続した接合部の導電率を一定にすることを目的としている。
また、本発明は、圧電振動子のリードフレームへの実装作業を効率的に行なえるようにすることを目的としている。
さらに、本発明は、リードフレームの接合強度を向上することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る圧電発振器の製造方法は、圧電振動子と発振回路を構成する半導体集積回路とをリードフレームに実装する圧電発振器の製造方法であって、前記リードフレームの接続端子に半田ボールを配置する工程と、前記半田ボールの上に前記圧電振動子の外部電極を配置する工程と、前記半田ボールを溶融して前記外部電極を前記接続端子に接合する工程と、を有することを特徴としている。
【０００７】
このようになっている本発明は、圧電振動子の外部電極とリードフレームの接続端子とを電気的に接続した接合部における導電率をほぼ一定にすることが可能で、高精度な圧電発振器を得ることができる。すなわち、半田ボールは、例えば直径が０．５ｍｍである場合、直径のばらつきを±０．０１ｍｍ以下とすることができる。つまり、半田ボールのばらつきは、直径において２％以下、体積において約１０％以下である。したがって、半田ボールを用いた電気的接続（接合）は、半田ペーストや導電性接着剤による接続より、接合材の量を一定にすることができる。このため、半田ボールによる接合は、接合部の半田（接合材）の厚さや拡がり状態がほぼ一定となり、接合部における導電率、抵抗値を一定にできるため、圧電振動子の発振への影響を大幅に低減でき、高精度な発振器を得ることができる。
【０００８】
そして、本発明に係る圧電発振器は、圧電振動子と発振回路を構成する半導体集積回路とがリードフレームを介して電気的に接続してある圧電発振器であって、前記リードフレームの接続端子と前記圧電振動子の外部電極とは、前記接続端子に配置した半田ボールを溶融して接合してある、ことを特徴としている。このようになっている本発明に係る圧電発振器は、半田ボールを用いて圧電振動子の外部電極とリードフレームの接続端子とを電気的に接続（接合）しているため、接合部における導電率、抵抗値がほぼ一定となり、高精度なものとすることができる。
【０００９】
接続端子には、半田ボールの保持部を形成することが望ましい。このように、接続端子に半田ボールの保持部を設けると、半田ボールが接続端子から転がって落下するのを防止することができるため、圧電振動子のリードフレームへの接合（接続）作業を効率的に行なうことができる。半田ボールの保持部は、半田ボールの転がりを防ぐための凹部であったり、半田ボールの直径より小さな貫通孔、さらには例えばリング状の凸部、あるいは表面を粗面化して形成した凹凸などであってよい。このように、半田ボールの保持部を凹部、貫通孔または凸部として形成すると、半田の接合面積が大きくなるとともに、凹部、貫通孔または凸部のアンカー効果によって接合強度を向上することができる。なお、保持部には、フラックスを塗布することができる。フラックスは、半田ボールを付着させる作用を有するため、半田ボールの脱落をより確実に防止することができる。
【００１０】
そして、本発明に係るリードフレームは、リード部の回路部品と電気的に接続する面に、少なくとも凹部または凸部のいずれかが形成してあることを特徴としている。これにより、接合材の接合面積が大きくなるとともに、凹部または凸部のアンカー効果を生ずるため、リードフレームのリード部の接合強度を向上させることができる。そして、凹部または凸部は、半田ボールを保持可能に形成することができる。これにより、半田ボールが脱落するのを防止することができ、回路部品との接合作業を容易、迅速に行なうことができる。なお、この発明において、回路部品とは、電気回路を構成する部品であって、半導体集積回路や抵抗、コンデンサばかりでなく、圧電振動子や回路基板などを含んでいる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る圧電発振器の製造方法および圧電発振器並びにリードフレームの好ましい実施の形態を、添付図面にしたがって詳細に説明する。
図１は、本発明に係る圧電発振器の分解斜視図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、図２は、樹脂封止する前の状態を示している。これらの図において、実施形態に係る圧電発振器１は、圧電振動子１０、積層リードフレーム５０と、半導体集積回路（ＩＣ）６０とを有している。そして、圧電発振器１は、圧電振動子１０と発振回路を構成するＩＣ６０とが積層リードフレーム５０に実装してある。また、圧電発振器１は、圧電振動子１０とＩＣ６０とを積層リードフレーム５０に実装したのち、図２に示したように、樹脂封止されて樹脂パッケージ７０が形成される。
【００１２】
積層リードフレーム５０は、圧電振動子１０を実装する上側リードフレーム３０と、圧電発振器１を実装基板に実装するための下側リードフレーム４０とから構成してあって、詳細を後述するように、上側リードフレーム３０と下側リードフレーム４０とを重ね合わせて形成される。上側リードフレーム３０と下側リードフレーム４０とは、図３（１）、（２）に平面図を示したように、導電性を有する金属シートに井桁状の枠部３１、４１を設けるとともに、各枠部３１、４１の内側に同一のパターンを繰り返し形成したものである。
【００１３】
図３（１）に示すように、上側リードフレーム３０は、枠部３１の内側の四隅に、圧電振動子１０を実装するための接続用リード３２を有する。なお、圧電振動子１０は、一対の励振電極と導通する外部電極およびＧＮＤ用の外部電極を合わせて、少なくとも３個の外部電極が形成されるので、上側リードフレーム３０には少なくとも３個の接続用リード３２が形成してある。そして、上側リードフレーム３０は、枠部３１の長辺に沿った方向における各接続用リード３２の内側端部に、ワイヤボンディング用のパッド３４が形成してある。なお、接続用リード３２は、枠部３１と一体に形成してあって、パッド３４が枠部３１の長辺に接続してあり、枠部３１と同一平面上に位置している。
【００１４】
接続用リード３２は、パッド３４と傾斜部３５と接続端子３６とからなっている。接続用リード３２は、パッド３４の外側（枠部３１の短辺側）に傾斜部３５が一体に形成してあり、さらに傾斜部３５の外側に接続端子３６が一体に形成してある。そして、接続用リード３２は、図１に示すように、傾斜部３５をパッド３４に対して上側に折曲することにより、接続端子３６が上側リードフレーム３０の枠部３１から上方に所定距離をおいて位置し、枠部３１と平行に配置される。なお、所定距離とは、ＩＣ６０にボンディングされたワイヤ６２の最大高さより大きい距離とする。
【００１５】
さらに、接続用リード３２には、接続端子３６の一部を切り欠いた切欠き３８が形成してある。この切欠き３８は、後述するように、下側リードフレーム４０の実装用リードへのワイヤボンディングを可能にするためのものである。また、接続端子３６の上面には、第１実施形態に係るボール保持部８０が設けてある。
このボール保持部８０は、図１に示したように、接続端子３６の上に半田ボール８２を配置したときに、半田ボール８２が転がって落下するのを防止するもので、実施形態の場合、図２に示したように、凹部として形成してある。そして、ボール保持部８０は、導電性金属シートを所定形状の上側リードフレーム３０に打ち抜いたのち、接続用リード３２を所定形状に折曲し、傾斜部３５を形成するいわゆるフォーミング加工時に形成される。フォーミング加工した上側リードフレーム３０は、表面に銀（Ａｇ）などのメッキがなされる。
【００１６】
なお、ボール保持部８０は、上側リードフレーム３０を金属シートから打ち抜いたのち、接続端子３６の上面をいわゆるハーフエッチングして形成してもよい。また、銀メッキした接続端子３６の表面には、フラックスを塗布することが望ましい。フラックスは、半田ボール８２を付着させる作用があるため、半田ボール８２が転がるのを確実に防止することができる。
【００１７】
下側リードフレーム４０は、図３（２）に示すように、枠部４１の内側の四隅に、実装基板に接合する実装用リード４２を有する。なお、枠部４１の短辺に沿った方向における各実装用リード４２の内側端部には、ワイヤボンディング用のパッド４４が形成してある。パッド部４４は、枠部４１の短辺に接続されて枠部４１と一体に形成され、枠部４１と同一平面上に位置している。これにより、実装用リード４２は、枠部４１に固定される。また、実装用リード４２は、パッド４４の外側（枠部４１の長辺側）に傾斜部４５が一体に形成してあり、さらに傾斜部４５の外側に実装端子４６が一体に形成してある。そして、実装用リード４２は、図１に示すように、傾斜部４５をパッド４４に対して下側に折曲し、実装端子４６が下側リードフレーム４０の枠部４１から下方に所定距離をおいて位置し、枠部４１と平行に配置される。
【００１８】
また、下側リードフレーム４０は、枠部４１の短辺に沿った方向における各実装用リード４２の間に、ＩＣ６０の特性検査、特性調整および／または圧電振動子１０と接続端子３６との導通確認をするための調整端子５４が形成してある。なお、特性検査とは、樹脂成形後におけるＩＣ６０の動作チェックや、圧電発振器１としての特性検査などをいう。また、特性調整とは、ＩＣ６０に温度補償回路が付加された場合に、圧電発振器１の温度による周波数変化を補正したり、入力電圧によって周波数を変化させる機能がＩＣ６０に付加された場合に、その変化感度を調整したりすることなどをいう。調整端子５４は、枠部４１と一体に形成してあって、下側リードフレーム４０の枠部４１と同一平面上に支持されている。なお、下側リードフレーム４０の枠部４１から下側に所定距離をおいて実装端子４６を配置するので、調整端子５４が実装基板の電極等と短絡することはない。
【００１９】
一方、下側リードフレーム４０における枠部４１内の中央部には、ダイパッド５２が設けてある。ダイパッド５２は、両側を枠部４１の長辺に接続して、下側リードフレーム４０の枠部４１と同一平面上に支持してある。なお、調整端子５４およびダイパッド５２は、上側リードフレーム３０に形成してもよい。また、接続端子３６、実装端子４６、調整端子５４およびダイパッド５２が各枠部に接続される位置は、長辺または短辺に限定されるものではない。例えば、調整端子数が多い場合には、調整端子は長辺側に接続され、ダイパッドは短辺側に接続される。このような所定の形状に打ち抜かれた下側リードフレーム４０は、実装用リード４２がフォーミング加工されたのち、表面に銀などのメッキが施される。
【００２０】
このように形成した上側リードフレーム３０と下側リードフレーム４０とは、重ね合わされて積層リードフレーム５０にされる。すなわち、上側リードフレーム３０および下側リードフレーム４０は、それぞれの枠部３１、４１が重ね合わされ、枠部３１、４１にスポット溶接等を施すことによって両者を固着する。なお、枠部３１、４１の内側では、上側リードフレーム３０および下側リードフレーム４０が接触しないように、各リードフレームの各リードを形成する。
【００２１】
圧電振動子１０は、振動子パッケージ２０の内部に圧電振動片１２が封入してある。振動子パッケージ２０は、図２に示すように、セラミック材料等からなる複数のシートを積層・焼成することにより形成してある。具体的には、各シートを所定の形状にブランクし、各シートの表面に所定の配線パターンを形成した上で、各シートを積層・焼成する。この振動子パッケージ２０は、圧電振動片１２を収納するキャビティ２１を有する箱状に形成してあり、キャビティ２１の底面にマウント電極２２が設けてある。また、振動子パッケージ２０は、下面の四隅に外部電極２４が形成してある。これらの外部電極２４は、側面電極２４ａおよび配線パターン２３を介してマウント電極２２と導通している。なお、外部電極２４とマウント電極２２とは、側面電極２４ａではなくスルーホールを介して接続してもよい。
【００２２】
圧電振動片１２は、図１に示すように、水晶等の圧電材料からなる平板の両面に、励振電極１４を形成したものである。なお、圧電平板の端部には、各励振電極１４と導通する接続電極１５が形成してある。そして、圧電発振器１は、図２に示すように、圧電振動片１２が振動子パッケージ２０におけるキャビティ２１の内部に、片持ち状態で実装してある。具体的には、振動子パッケージ２０のマウント電極２２に導電性接着剤１３を塗布し、圧電振動片１２の接続電極１５（図１参照）を接着する。これにより、振動子パッケージ２０の外部電極２４から圧電振動片１２の励振電極１４に対して通電可能となる。なお、圧電振動片１２は両持ち実装であっても構わない。
【００２３】
さらに、圧電振動子１０は、振動子パッケージ２０におけるキャビティ２１の上端開口部にリッド２８が装着してあり、キャビティ２１の内部が窒素雰囲気や真空雰囲気に気密封止してある。リッド２８は、金属製リッドの場合、シーム溶接により、ガラス製リッドの場合、低融点ガラスを介して振動子パッケージ２０に装着する。なお、振動子パッケージ２０の内部に実装する圧電振動片は、ＡＴカット圧電振動片に限られず、音叉型圧電振動片やＳＡＷチップであってもよい。
【００２４】
圧電発振器１を形成する場合、積層リードフレーム５０に実装する前に、圧電振動子１０の周波数調整およびＩＣ６０の動作チェックを行なう。これにより、良品の圧電振動子１０および良品のＩＣ６０を組み合わせて圧電発振器１を形成することができる。そして、圧電発振器１を形成する場合、まず、上側リードフレーム３０と下側リードフレーム４０とを積層し、それぞれの枠部３１、４１をスポット溶接などによって接合し、両者を一体化して積層リードフレーム５０を形成する。その後、図１に示すように、下側リードフレーム４０のダイパッド５２の上面にＩＣ６０を接着剤により実装する。ＩＣ６０は、発振回路を形成していて、必要に応じて温度補償回路や電圧制御回路が付加される。なお、ＩＣ６０は、ダイパッド５２の下面に装着してもよい。もっとも、ダイパッド５２の上面にＩＣ６０を装着すれば、仮に圧電発振器１の下方から水分が侵入しても、ＩＣ６０まで到達しにくくなるので、ＩＣ６０の故障を防止することができる。また、ＩＣ６０に温度補償回路を付加した場合には、その温度センサが圧電振動子１０の近くに配置されるので、温度センサと圧電振動片１２との温度差を小さくすることができる。したがって、圧電振動片１２の温度特性を正確に補正することができる。
【００２５】
さらに、積層リードフレーム５０の各端子とＩＣ６０の上面に設けた各端子とを電気的に接続する。具体的には、接続端子３６のパッド３４、実装端子４６のパッド４４および調整端子５４と、ＩＣ６０上面の各端子とを、ワイヤボンディングしてワイヤ６２により電気的に接続する。なお、接続用リード３２に切欠き３８を形成したので、実装端子４６のパッド４４が上方に露出する。これにより、実装端子４６のパッド４４に対してワイヤボンディングを行なうことができる。
【００２６】
次に、圧電振動子１０を積層リードフレーム５０に実装する。具体的には、接続用リード３２の接続端子３６に半田ボール８２を用いて圧電振動子１０の外部電極２４を接合する。すなわち、図４に示したように、各接続端子３６のボール保持部８０に半田ボール８２を配置する。さらに、半田ボール８２の上に圧電振動子１０の外部電極２４を配置する。その後、圧電振動子１０を配置した積層リードフレーム５０をリフロー炉に搬入し、半田ボール８２を溶融する。これにより、図２に示したように、圧電振動子１０の外部電極２４が半田２５を介して接続端子３６に接合される。
【００２７】
その後、積層リードフレーム５０および圧電振動子１０を樹脂パッケージ７０の内部に封止する。具体的には、圧電振動子１０を実装した積層リードフレーム５０を樹脂成型モールド内に配置して、熱硬化性樹脂を射出成型することにより樹脂パッケージ７０を形成する。樹脂パッケージ７０は、実施形態の場合、図２に示すようにリッド２８の上面と、実装端子４６の主面（下面）を露出させた状態で形成する。そして、樹脂パッケージ７０は、図３に示したように、各リードフレーム３０、４０の枠部３１、４１の内側に形成する。樹脂パッケージ７０の成型後には、各リードフレーム３０、４０の枠部３１、４１と各リードとの接続部を切断する。その切断位置３９、４９は、樹脂パッケージ７０の表面付近とするのが好ましい。なお、調整端子５４は、圧電発振器１の特性を調整できるように、樹脂パッケージ７０から突出させて切断する。この調整端子５４は、圧電発振器１の調整を行なったのち、樹脂パッケージ７０から突出している部分が切断される。
【００２８】
このように、実施の形態においては、半田ボール８２を用いて圧電振動子１０の外部電極２４を接続端子３６に接合しているため、接合部における導電率、電気抵抗の値をほぼ一定にすることができる。すなわち、半田ボール８２は、例えば直径が０．５ｍｍである場合、直径のばらつきを±０．０１ｍｍ以下とすることができる。つまり、半田ボール８２のばらつきは、直径において２％以下、体積において約１０％以下である。したがって、半田ボール８２を用いて圧電振動子１０の外部電極２４と、上側リードフレーム３０の接続端子３６とを接合することにより、接合部の半田２５の厚さや拡がり状態をほぼ一定にすることができる。このため、接合部における導電率、抵抗値のばらつきなどをなくすことができ、圧電振動子１０の発振が安定して、高精度な圧電発振器とすることができる。
【００２９】
また、実施形態の接続端子３６は、凹部からなるボール保持部８０が形成してあるとともに、図示しないフラックスが塗布してある。したがって、積層リードフレーム５０を搬送する際や、半田ボール８２の上に圧電振動子１０を配置する際に、半田ボール８２が転がって接続端子３６から落下するのを確実に防止することができる。このため、圧電振動子１０の実装工程を容易、迅速に行なうことができる。また、接続端子３６に凹部からなるボール保持部８０を形成したことにより、半田２５の接合面積を大きくすることができるとともに、ボール保持部（凹部）８０のアンカー効果により、接合強度を向上することができ、耐衝撃性などを向上させることができる。
【００３０】
図５ないし図７は、ボール保持部の他の実施形態を示したものである。図５に示した第２実施形態のボール保持部８４は、接続用リード３２の接続端子３６を上下方向に貫通した貫通孔として形成してある。この貫通孔からなるボール保持部８４は、接続用リード３２をプレスによりフォーミング加工する際に、打ち抜くことにより形成することができる。また、貫通孔は、接続端子３６をウエットエッチングまたはドライエッチングによって形成することができる。この実施形態のボール保持部８４においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
図６に示した第３実施形態のボール保持部８６は、同図（１）に示したように、接続端子３６の上面に凸状に形成してある。すなわち、ボール保持部８６は、同図（２）に示したように凸リングに形成してあって、ボール保持部８６の内側に配置した半田ボール８２が、ボール保持部８６から転がり出るのを防止している。このボール保持部８６は、導電性金属のメッキや印刷などにより形成することができる。この実施形態のボール保持部８６も前記と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
図７に示した第４実施形態のボール保持部８８は、接続端子３６の上面に、半田ボール８２の大きさを考慮して、適宜の粗さに粗面化し、多数の凹凸を設けることによって形成してある。接続端子３６の上面の粗面化は、サンドブラストの手法やエッチングによって容易に形成することができる。この実施形態においても、前記と同様の効果を得ることができる。なお、凹凸は、ディンプルとして形成してもよい。また、ボール保持部は、前記各実施形態に限定されるものでなく、半田ボール８２を保持することができる形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る圧電発振器の分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】実施形態に係るリードフレームの平面図である。
【図４】実施形態に係る圧電振動子の実装方法の説明図である。
【図５】第２実施形態に係る半田ボールの保持部の説明図である。
【図６】第３実施形態に係る半田ボールの保持部の説明図である。
【図７】第４実施形態に係る半田ボールの保持部の説明図である。
【符号の説明】
１………圧電発振器、１０………圧電振動子、１２………圧電振動片、１４………励振電極、１５………接続電極、２０………振動子パッケージ、２４………外部電極、３０………上側リードフレーム、３２………接続用リード、３６………接続端子、４０………下側リードフレーム、４２………実装用リード、４６………実装端子、５０………積層リードフレーム、５２………ダイパッド、６０………ＩＣ、７０………樹脂パッケージ、８０、８４、８６、８８………保持部（ボール保持部）、８２………半田ボール。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric oscillator, and more particularly, to a method for manufacturing a piezoelectric oscillator in which a piezoelectric vibrator and a semiconductor integrated circuit (IC) are electrically connected via a lead frame, a piezoelectric oscillator, and a lead frame.
[0002]
[Prior art]
Piezoelectric oscillators are being miniaturized in response to miniaturization of electronic equipment, and a piezoelectric vibrator and a semiconductor integrated circuit are arranged on a lead frame to reduce the mounting area ( For example, Patent Document 1). In recent years, piezoelectric vibrators have been reduced not only in size but also in thickness, and surface-mounting types in which piezoelectric vibrating pieces such as crystal vibrating pieces are housed in a box-shaped package are widely used. In such a surface-mount type piezoelectric vibrator, an external electrode for mounting is provided on the lower surface of the box-type package. When a surface mount type piezoelectric vibrator is electrically connected to a semiconductor integrated circuit constituting an oscillation circuit to form a piezoelectric oscillator, conventionally, an external electrode of the piezoelectric vibrator is generally used as a solder paste on a lead frame or a circuit pattern. Or a conductive adhesive (for example, Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1] Japanese Patent No. 2621828 [Patent Document 2] Japanese Patent No. 3405330 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, piezoelectric vibrators have become extremely small with a side of a few millimeters or less, and the external electrodes for mounting have also become smaller corresponding to the outer dimensions of the piezoelectric vibrator. For this reason, it is difficult to control the application amount of the solder paste or the conductive adhesive for electrically connecting the external electrode of the piezoelectric vibrator to the lead frame or the wiring pattern. In other words, solder paste and conductive adhesive are discharged and applied by a discharger using compressed air called a syringe. It is difficult to obtain a certain discharge amount due to the subtle effects of many factors such as mobility. For this reason, the thickness and spread state of the solder paste and the conductive adhesive layer are not constant, and variations occur in the conductivity and resistance value at the joint portion of the external electrode of the piezoelectric vibrator. The variation in the electrical conductivity and resistance value at the joint affects the oscillation of the miniaturized piezoelectric vibrator, and thus cannot be a highly accurate oscillator.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described drawbacks of the prior art, and has an object to make the conductivity of a joint portion to which a piezoelectric vibrator is electrically connected constant.
It is another object of the present invention to efficiently perform a mounting operation of a piezoelectric vibrator on a lead frame.
Furthermore, an object of the present invention is to improve the bonding strength of the lead frame.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a piezoelectric oscillator according to the present invention is a method of manufacturing a piezoelectric oscillator in which a piezoelectric vibrator and a semiconductor integrated circuit constituting an oscillation circuit are mounted on a lead frame. A step of disposing a solder ball on the connection terminal of the frame; a step of disposing an external electrode of the piezoelectric vibrator on the solder ball; and a step of melting the solder ball and bonding the external electrode to the connection terminal It is characterized by having.
[0007]
In the present invention thus configured, it is possible to make the electrical conductivity substantially constant in the joint portion where the external electrode of the piezoelectric vibrator and the connection terminal of the lead frame are electrically connected, and a highly accurate piezoelectric oscillator is realized. Obtainable. That is, when the diameter of the solder ball is, for example, 0.5 mm, the variation in diameter can be ± 0.01 mm or less. That is, the variation of the solder balls is 2% or less in diameter and about 10% or less in volume. Therefore, in the electrical connection (bonding) using the solder balls, the amount of the bonding material can be made constant as compared with the connection using the solder paste or the conductive adhesive. For this reason, the bonding with solder balls makes the thickness of the solder (bonding material) at the joint and the spread state almost constant, and the conductivity and resistance at the joint can be made constant. It can be greatly reduced and a highly accurate oscillator can be obtained.
[0008]
The piezoelectric oscillator according to the present invention is a piezoelectric oscillator in which a piezoelectric vibrator and a semiconductor integrated circuit constituting an oscillation circuit are electrically connected via a lead frame, and the connection terminal of the lead frame and the The external electrode of the piezoelectric vibrator is characterized in that a solder ball disposed on the connection terminal is melted and joined. The thus configured piezoelectric oscillator according to the present invention electrically connects (joins) the external electrodes of the piezoelectric vibrator and the connection terminals of the lead frame using solder balls, so that the conductivity at the joint is The resistance value becomes almost constant, and can be made highly accurate.
[0009]
It is desirable to form a solder ball holding portion on the connection terminal. As described above, when the connecting terminal is provided with the solder ball holding portion, it is possible to prevent the solder ball from rolling and dropping from the connecting terminal, so that the bonding (connecting) work of the piezoelectric vibrator to the lead frame is efficient. Can be done automatically. The solder ball holding portion is a concave portion for preventing the solder ball from rolling, a through hole smaller than the diameter of the solder ball, a ring-shaped convex portion, or an uneven surface formed by roughening the surface, for example. It may be. Thus, when the solder ball holding portion is formed as a concave portion, a through hole or a convex portion, the solder bonding area is increased, and the bonding strength can be improved by the anchor effect of the concave portion, the through hole or the convex portion. Note that a flux can be applied to the holding portion. Since the flux has an action of adhering the solder balls, the solder balls can be more reliably prevented from falling off.
[0010]
The lead frame according to the present invention is characterized in that at least one of a concave portion or a convex portion is formed on a surface of the lead portion that is electrically connected to the circuit component. As a result, the bonding area of the bonding material is increased, and the anchor effect of the concave portion or the convex portion is generated, so that the bonding strength of the lead portion of the lead frame can be improved. The concave portion or the convex portion can be formed to hold the solder ball. As a result, it is possible to prevent the solder balls from falling off, and it is possible to easily and quickly perform the joining operation with the circuit components. In the present invention, a circuit component is a component that constitutes an electric circuit, and includes not only a semiconductor integrated circuit, a resistor, and a capacitor, but also a piezoelectric vibrator, a circuit board, and the like.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of a method for manufacturing a piezoelectric oscillator, a piezoelectric oscillator, and a lead frame according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view of a piezoelectric oscillator according to the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 2 shows a state before resin sealing. In these drawings, the piezoelectric oscillator 1 according to the embodiment includes a piezoelectric vibrator 10, a laminated lead frame 50, and a semiconductor integrated circuit (IC) 60. In the piezoelectric oscillator 1, the piezoelectric vibrator 10 and the IC 60 constituting the oscillation circuit are mounted on the laminated lead frame 50. In the piezoelectric oscillator 1, the piezoelectric vibrator 10 and the IC 60 are mounted on the laminated lead frame 50, and then sealed with resin as shown in FIG. 2 to form a resin package 70.
[0012]
The laminated lead frame 50 is composed of an upper lead frame 30 for mounting the piezoelectric vibrator 10 and a lower lead frame 40 for mounting the piezoelectric oscillator 1 on a mounting substrate. As will be described in detail later, The upper lead frame 30 and the lower lead frame 40 are formed to overlap each other. The upper lead frame 30 and the lower lead frame 40 are provided with grid-like frame portions 31 and 41 on a conductive metal sheet, as shown in the plan views in FIGS. The same pattern is repeatedly formed inside each of the frame portions 31 and 41.
[0013]
As shown in FIG. 3A, the upper lead frame 30 has connection leads 32 for mounting the piezoelectric vibrator 10 at the four corners inside the frame portion 31. In the piezoelectric vibrator 10, at least three external electrodes are formed by combining the external electrode that is electrically connected to the pair of excitation electrodes and the external electrode for GND. Therefore, the upper lead frame 30 has at least three connections. A lead 32 is formed. In the upper lead frame 30, a wire bonding pad 34 is formed at the inner end portion of each connection lead 32 in the direction along the long side of the frame portion 31. The connection lead 32 is formed integrally with the frame portion 31, and the pad 34 is connected to the long side of the frame portion 31, and is located on the same plane as the frame portion 31.
[0014]
The connection lead 32 includes a pad 34, an inclined portion 35, and a connection terminal 36. In the connection lead 32, an inclined portion 35 is integrally formed outside the pad 34 (on the short side of the frame portion 31), and a connection terminal 36 is integrally formed outside the inclined portion 35. As shown in FIG. 1, the connection lead 32 is bent upward from the frame portion 31 of the upper lead frame 30 by bending the inclined portion 35 upward with respect to the pad 34. And is arranged in parallel with the frame portion 31. The predetermined distance is a distance larger than the maximum height of the wire 62 bonded to the IC 60.
[0015]
Further, the connection lead 32 is formed with a notch 38 in which a part of the connection terminal 36 is notched. This notch 38 is for enabling wire bonding to the mounting lead of the lower lead frame 40 as will be described later. Further, the ball holding portion 80 according to the first embodiment is provided on the upper surface of the connection terminal 36.
As shown in FIG. 1, the ball holding portion 80 prevents the solder ball 82 from rolling and falling when the solder ball 82 is disposed on the connection terminal 36. As shown in FIG. 2, it is formed as a recess. The ball holding portion 80 is formed during a so-called forming process in which the conductive metal sheet is punched into the upper lead frame 30 having a predetermined shape, and then the connecting lead 32 is bent into a predetermined shape to form the inclined portion 35. . The formed upper lead frame 30 is plated with silver (Ag) or the like on the surface.
[0016]
The ball holding portion 80 may be formed by so-called half-etching the upper surface of the connection terminal 36 after the upper lead frame 30 is punched from the metal sheet. Further, it is desirable to apply a flux to the surface of the connection terminal 36 plated with silver. Since the flux acts to adhere the solder balls 82, the solder balls 82 can be reliably prevented from rolling.
[0017]
As shown in FIG. 3B, the lower lead frame 40 has mounting leads 42 that are bonded to the mounting substrate at the four corners inside the frame portion 41. A wire bonding pad 44 is formed at the inner end of each mounting lead 42 in the direction along the short side of the frame portion 41. The pad portion 44 is connected to the short side of the frame portion 41 and is formed integrally with the frame portion 41, and is located on the same plane as the frame portion 41. As a result, the mounting lead 42 is fixed to the frame portion 41. Further, the mounting lead 42 has an inclined portion 45 integrally formed on the outer side of the pad 44 (long side of the frame portion 41), and a mounting terminal 46 is integrally formed on the outer side of the inclined portion 45. . As shown in FIG. 1, the mounting lead 42 bends the inclined portion 45 downward with respect to the pad 44, and the mounting terminal 46 has a predetermined distance downward from the frame portion 41 of the lower lead frame 40. And is arranged in parallel with the frame portion 41.
[0018]
In addition, the lower lead frame 40 is connected between the mounting leads 42 in the direction along the short side of the frame portion 41, and the IC 60 is subjected to characteristic inspection, characteristic adjustment, and / or conduction between the piezoelectric vibrator 10 and the connection terminal 36. An adjustment terminal 54 for confirmation is formed. The characteristic inspection refers to an operation check of the IC 60 after resin molding, a characteristic inspection as the piezoelectric oscillator 1, and the like. Further, the characteristic adjustment means that when a temperature compensation circuit is added to the IC 60, a function of correcting a frequency change due to the temperature of the piezoelectric oscillator 1 or a function of changing the frequency by an input voltage is added to the IC 60. This means adjusting the change sensitivity. The adjustment terminal 54 is formed integrally with the frame portion 41 and is supported on the same plane as the frame portion 41 of the lower lead frame 40. Since the mounting terminal 46 is disposed at a predetermined distance from the frame portion 41 of the lower lead frame 40 at a predetermined distance, the adjustment terminal 54 is not short-circuited with the electrode of the mounting substrate.
[0019]
On the other hand, a die pad 52 is provided at the center of the lower lead frame 40 in the frame portion 41. The die pad 52 is supported on the same plane as the frame part 41 of the lower lead frame 40 by connecting both sides to the long side of the frame part 41. The adjustment terminal 54 and the die pad 52 may be formed on the upper lead frame 30. Further, the positions where the connection terminal 36, the mounting terminal 46, the adjustment terminal 54, and the die pad 52 are connected to each frame portion are not limited to the long side or the short side. For example, when the number of adjustment terminals is large, the adjustment terminals are connected to the long side and the die pad is connected to the short side. The lower lead frame 40 punched into such a predetermined shape is plated with silver or the like after the mounting leads 42 are formed.
[0020]
The upper lead frame 30 and the lower lead frame 40 formed in this way are overlapped to form a laminated lead frame 50. That is, the upper lead frame 30 and the lower lead frame 40 are overlapped with each other, and the frame portions 31 and 41 are bonded together by spot welding or the like. In addition, inside the frame parts 31 and 41, each lead of each lead frame is formed so that the upper side lead frame 30 and the lower side lead frame 40 may not contact.
[0021]
In the piezoelectric vibrator 10, a piezoelectric vibrating piece 12 is sealed inside a vibrator package 20. As shown in FIG. 2, the vibrator package 20 is formed by laminating and firing a plurality of sheets made of a ceramic material or the like. Specifically, each sheet is blanked into a predetermined shape, a predetermined wiring pattern is formed on the surface of each sheet, and then each sheet is laminated and fired. The vibrator package 20 is formed in a box shape having a cavity 21 for accommodating the piezoelectric vibrating piece 12, and a mount electrode 22 is provided on the bottom surface of the cavity 21. Further, the vibrator package 20 has external electrodes 24 formed at the four corners of the lower surface. These external electrodes 24 are electrically connected to the mount electrode 22 via the side electrode 24 a and the wiring pattern 23. The external electrode 24 and the mount electrode 22 may be connected via a through hole instead of the side electrode 24a.
[0022]
As shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrating piece 12 has excitation electrodes 14 formed on both sides of a flat plate made of a piezoelectric material such as quartz. A connection electrode 15 that is electrically connected to each excitation electrode 14 is formed at the end of the piezoelectric flat plate. In the piezoelectric oscillator 1, as shown in FIG. 2, the piezoelectric vibrating reed 12 is mounted in a cantilevered manner inside a cavity 21 in the vibrator package 20. Specifically, the conductive adhesive 13 is applied to the mount electrode 22 of the vibrator package 20, and the connection electrode 15 (see FIG. 1) of the piezoelectric vibrating piece 12 is adhered. As a result, the external electrode 24 of the vibrator package 20 can be energized to the excitation electrode 14 of the piezoelectric vibrating piece 12. The piezoelectric vibrating piece 12 may be mounted on both ends.
[0023]
Further, the piezoelectric vibrator 10 is provided with a lid 28 at the upper end opening of the cavity 21 in the vibrator package 20, and the inside of the cavity 21 is hermetically sealed in a nitrogen atmosphere or a vacuum atmosphere. The lid 28 is attached to the vibrator package 20 by seam welding in the case of a metal lid, or through a low melting point glass in the case of a glass lid. The piezoelectric vibrating piece mounted inside the vibrator package 20 is not limited to the AT-cut piezoelectric vibrating piece, and may be a tuning fork type piezoelectric vibrating piece or a SAW chip.
[0024]
When the piezoelectric oscillator 1 is formed, the frequency adjustment of the piezoelectric vibrator 10 and the operation check of the IC 60 are performed before mounting on the laminated lead frame 50. Thereby, the piezoelectric oscillator 1 can be formed by combining the good piezoelectric vibrator 10 and the good IC 60. When the piezoelectric oscillator 1 is formed, first, the upper lead frame 30 and the lower lead frame 40 are laminated, the frame portions 31 and 41 are joined by spot welding or the like, and the two are integrated to form a laminated lead frame. 50 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 1, the IC 60 is mounted on the upper surface of the die pad 52 of the lower lead frame 40 with an adhesive. The IC 60 forms an oscillation circuit, and a temperature compensation circuit and a voltage control circuit are added as necessary. The IC 60 may be mounted on the lower surface of the die pad 52. However, if the IC 60 is mounted on the upper surface of the die pad 52, even if moisture enters from below the piezoelectric oscillator 1, it becomes difficult to reach the IC 60, so that the IC 60 can be prevented from malfunctioning. Further, when a temperature compensation circuit is added to the IC 60, the temperature sensor is disposed near the piezoelectric vibrator 10, so that the temperature difference between the temperature sensor and the piezoelectric vibrating piece 12 can be reduced. Therefore, the temperature characteristics of the piezoelectric vibrating piece 12 can be accurately corrected.
[0025]
Furthermore, each terminal of the laminated lead frame 50 and each terminal provided on the upper surface of the IC 60 are electrically connected. Specifically, the pads 34 of the connection terminals 36, the pads 44 and the adjustment terminals 54 of the mounting terminals 46, and the respective terminals on the upper surface of the IC 60 are electrically connected by wires 62 by wire bonding. Since the notch 38 is formed in the connection lead 32, the pad 44 of the mounting terminal 46 is exposed upward. Thereby, wire bonding can be performed to the pad 44 of the mounting terminal 46.
[0026]
Next, the piezoelectric vibrator 10 is mounted on the laminated lead frame 50. Specifically, the external electrode 24 of the piezoelectric vibrator 10 is joined to the connection terminal 36 of the connection lead 32 using the solder ball 82. That is, as shown in FIG. 4, the solder balls 82 are arranged on the ball holding portions 80 of the connection terminals 36. Further, the external electrode 24 of the piezoelectric vibrator 10 is disposed on the solder ball 82. Thereafter, the laminated lead frame 50 in which the piezoelectric vibrator 10 is disposed is carried into a reflow furnace, and the solder balls 82 are melted. As a result, as shown in FIG. 2, the external electrode 24 of the piezoelectric vibrator 10 is joined to the connection terminal 36 via the solder 25.
[0027]
Thereafter, the laminated lead frame 50 and the piezoelectric vibrator 10 are sealed inside the resin package 70. Specifically, the resin package 70 is formed by placing the laminated lead frame 50 on which the piezoelectric vibrator 10 is mounted in a resin molding mold and injection-molding a thermosetting resin. In the embodiment, the resin package 70 is formed with the upper surface of the lid 28 and the main surface (lower surface) of the mounting terminal 46 exposed as shown in FIG. The resin package 70 is formed inside the frame portions 31 and 41 of the lead frames 30 and 40 as shown in FIG. After the resin package 70 is molded, the connection portions between the frame portions 31 and 41 of the lead frames 30 and 40 and the leads are cut. The cutting positions 39 and 49 are preferably near the surface of the resin package 70. The adjustment terminal 54 protrudes from the resin package 70 and is cut so that the characteristics of the piezoelectric oscillator 1 can be adjusted. After the adjustment of the piezoelectric oscillator 1, the adjustment terminal 54 is cut at a portion protruding from the resin package 70.
[0028]
As described above, in the embodiment, since the external electrode 24 of the piezoelectric vibrator 10 is joined to the connection terminal 36 using the solder ball 82, the values of the electrical conductivity and electric resistance at the joint are made substantially constant. be able to. That is, when the diameter of the solder ball 82 is 0.5 mm, for example, the variation in diameter can be made ± 0.01 mm or less. That is, the variation of the solder balls 82 is 2% or less in diameter and about 10% or less in volume. Therefore, by joining the external electrode 24 of the piezoelectric vibrator 10 and the connection terminal 36 of the upper lead frame 30 using the solder ball 82, the thickness and spread state of the solder 25 at the joint can be made substantially constant. it can. For this reason, it is possible to eliminate variations in electrical conductivity and resistance values at the joint, and the oscillation of the piezoelectric vibrator 10 can be stabilized and a highly accurate piezoelectric oscillator can be obtained.
[0029]
In addition, the connection terminal 36 of the embodiment is formed with a ball holding portion 80 formed of a concave portion and coated with a flux (not shown). Accordingly, when the laminated lead frame 50 is transported or when the piezoelectric vibrator 10 is disposed on the solder ball 82, it is possible to reliably prevent the solder ball 82 from rolling and dropping from the connection terminal 36. For this reason, the mounting process of the piezoelectric vibrator 10 can be performed easily and quickly. In addition, by forming the ball holding portion 80 formed of a recess in the connection terminal 36, the bonding area of the solder 25 can be increased, and the bonding strength can be improved by the anchor effect of the ball holding portion (recess) 80. Can improve impact resistance and the like.
[0030]
5 to 7 show another embodiment of the ball holding portion. The ball holding portion 84 of the second embodiment shown in FIG. 5 is formed as a through hole penetrating the connection terminal 36 of the connection lead 32 in the vertical direction. The ball holding portion 84 formed of the through hole can be formed by punching when the connecting lead 32 is formed by pressing. The through hole can be formed by wet etching or dry etching of the connection terminal 36. In the ball holding portion 84 of this embodiment, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
[0031]
The ball holding portion 86 of the third embodiment shown in FIG. 6 is formed in a convex shape on the upper surface of the connection terminal 36 as shown in FIG. That is, the ball holding portion 86 is formed in a convex ring as shown in FIG. 2B, and the solder ball 82 arranged inside the ball holding portion 86 is rolled out from the ball holding portion 86. It is preventing. The ball holding portion 86 can be formed by plating or printing with a conductive metal. The ball holding portion 86 of this embodiment can also obtain the same effect as described above.
[0032]
The ball holding portion 88 of the fourth embodiment shown in FIG. 7 is roughened to an appropriate roughness on the upper surface of the connection terminal 36 in consideration of the size of the solder ball 82, and provided with a large number of irregularities. It is formed. The roughening of the upper surface of the connection terminal 36 can be easily formed by sandblasting or etching. Also in this embodiment, the same effect as described above can be obtained. The unevenness may be formed as dimples. Further, the ball holding portion is not limited to the above-described embodiments, and may be any shape that can hold the solder ball 82.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a piezoelectric oscillator according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a plan view of the lead frame according to the embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a mounting method of the piezoelectric vibrator according to the embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a solder ball holding unit according to a second embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a solder ball holding unit according to a third embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a solder ball holding unit according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...... Piezoelectric oscillator, 10 ...... Piezoelectric vibrator, 12 ...... Piezoelectric vibration piece, 14 ...... Excitation electrode, 15 ...... Connection electrode, 20 ...... Vibrator package, 24 ...... External Electrode, 30 ... upper lead frame, 32 ... connection lead, 36 ... connection terminal, 40 lower lead frame, 42 mounting lead, 46 mounting terminal, 50 ......... Laminated lead frame, 52 ......... Die pad, 60 ......... IC, 70 ......... Resin package, 80, 84, 86, 88 ......... Holding part (ball holding part), 82 ......... Solder ball .

Claims (6)

圧電振動子と発振回路を構成する半導体集積回路とをリードフレームに実装する圧電発振器の製造方法であって、
前記リードフレームの接続端子に半田ボールを配置する工程と、
前記半田ボールの上に前記圧電振動子の外部電極を配置する工程と、
前記半田ボールを溶融して前記外部電極を前記接続端子に接合する工程と、を有することを特徴とする圧電発振器の製造方法。A method of manufacturing a piezoelectric oscillator in which a piezoelectric vibrator and a semiconductor integrated circuit constituting an oscillation circuit are mounted on a lead frame,
Placing solder balls on the connection terminals of the lead frame;
Disposing an external electrode of the piezoelectric vibrator on the solder ball;
Melting the solder balls and joining the external electrodes to the connection terminals. 圧電振動子と発振回路を構成する半導体集積回路とがリードフレームを介して電気的に接続してある圧電発振器であって、
前記リードフレームの接続端子と前記圧電振動子の外部電極とは、前記接続端子に配置した半田ボールを溶融して接合してある、ことを特徴とする圧電発振器。A piezoelectric oscillator in which a piezoelectric vibrator and a semiconductor integrated circuit constituting an oscillation circuit are electrically connected via a lead frame,
The piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein the connection terminal of the lead frame and the external electrode of the piezoelectric vibrator are joined by melting a solder ball disposed on the connection terminal. 請求項２に記載の圧電発振器において、
前記接続端子は、前記半田ボールの保持部が形成してあることを特徴とする圧電発振器。The piezoelectric oscillator according to claim 2,
The piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein the connection terminal is formed with a holding portion for the solder ball. 請求項２または３に記載の圧電発振器において、
前記保持部は、凹部であることを特徴とする圧電発振器。The piezoelectric oscillator according to claim 2 or 3,
The piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein the holding portion is a concave portion. リード部の回路部品と電気的に接続する面に、少なくとも凹部または凸部のいずれかが形成してあることを特徴とするリードフレーム。A lead frame, wherein at least one of a concave portion and a convex portion is formed on a surface of the lead portion that is electrically connected to a circuit component. 請求項５に記載のリードフレームにおいて、
前記凹部または前記凸部は、半田ボールを保持可能に形成してあることを特徴とするリードフレーム。The lead frame according to claim 5,
The lead frame is characterized in that the concave portion or the convex portion is formed so as to hold a solder ball.

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