JP2006238210A - Piezoelectric device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、様々な電子機器に使用される圧電デバイスに関し、特に圧電振動子とその発振回路であるIC(半導体集積回路)チップ等のIC素子とを備える圧電発振器、リアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイス、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric device used in various electronic devices, and in particular, a piezoelectric oscillator including a piezoelectric vibrator and an IC element such as an IC (semiconductor integrated circuit) chip that is an oscillation circuit thereof, and a piezoelectric device such as a real-time clock module. And a manufacturing method thereof.
従来より、圧電振動子とICチップとを備えた圧電発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが各種電子機器に使用されている。特にモバイルコンピュータ、ICカード等の小型情報機器や携帯電話等の通信機器の分野では、装置の小型化・高性能化が著しく、これに対応して圧電デバイスについても一層の小型化・薄型化が要求されている。最近はこれに加えて、装置の回路基板への実装に適した表面実装型が多く採用されている。 Conventionally, piezoelectric devices such as a piezoelectric oscillator and a real-time clock module including a piezoelectric vibrator and an IC chip have been used in various electronic devices. Especially in the field of small information devices such as mobile computers and IC cards, and communication devices such as mobile phones, the miniaturization and high performance of the devices are remarkable, and in response to this, the piezoelectric devices are further miniaturized and thinned. It is requested. Recently, in addition to this, a surface mount type suitable for mounting on a circuit board of an apparatus has been widely adopted.
従来の圧電発振器は、水晶振動片及びその駆動用ICチップを共通の基板上に平面的に配置しかつ共通のリッドで気密に封止している(例えば、特許文献1を参照)。更に、半導体チップを水晶振動子と共通の基板上に平面的に搭載しかつ樹脂コートで被覆した水晶発振器が知られている(例えば、特許文献2を参照)。 In a conventional piezoelectric oscillator, a crystal vibrating piece and its driving IC chip are arranged on a common substrate in a plane and hermetically sealed with a common lid (see, for example, Patent Document 1). Furthermore, there is known a crystal oscillator in which a semiconductor chip is mounted on a common substrate with a crystal resonator and covered with a resin coat (see, for example, Patent Document 2).
また、装置全体の平面寸法を小型化するために、水晶振動片及びICチップを共通のパッケージ内に上下に配置したり、共通の基板の表側及び裏側にそれぞれ配置しかつ別個に封止する構造が知られている(例えば、特許文献3,4を参照)。更に、装置の小型化と製造コストの低減を図るために、パッケージ化した圧電振動子を封止する金属蓋の上に回路素子(ICチップ)を直接搭載しかつ樹脂で被覆した圧電発振器が提案されている(例えば、特許文献5を参照)。
In addition, in order to reduce the planar size of the entire device, the crystal vibrating piece and the IC chip are arranged vertically in a common package, or arranged on the front side and the back side of a common substrate and sealed separately. Is known (see, for example,
しかしながら、上述したようにパッケージ化した圧電振動子の上にICチップを直接搭載して一体に樹脂封止する従来構造の圧電発振器は、ICチップの電極に接続するための電極パッド及びそれを外部に引き出すための内部配線や電極を、圧電振動子のセラミックパッケージの搭載面に形成している。そのため、要求される圧電発振器の仕様毎にそれに合わせた専用のパッケージ構造を有する圧電振動子が必要であり、設計が面倒で製造コストが高くなるという問題点がある。従って、従来から低コストで大量に生産されている汎用の圧電振動子をそのまま用いることができれば、好都合である。 However, as described above, a piezoelectric oscillator having a conventional structure in which an IC chip is directly mounted on a packaged piezoelectric vibrator and integrally sealed with a resin includes an electrode pad for connecting to an electrode of the IC chip and an external electrode pad. Internal wiring and electrodes for drawing out to the surface are formed on the mounting surface of the ceramic package of the piezoelectric vibrator. Therefore, a piezoelectric vibrator having a dedicated package structure corresponding to each required specification of the piezoelectric oscillator is required, and there is a problem that the design is troublesome and the manufacturing cost is increased. Therefore, it would be advantageous if general-purpose piezoelectric vibrators that were conventionally produced in large quantities at low cost can be used as they are.
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電振動子とICチップとを備えた圧電デバイスにおいて、小型化の要求に対応することに加えて、汎用性を有する市販の圧電振動子をそのまま利用でき、それにより製造コストを低減することができ、より好ましくは高い周波数精度で高品質の圧電デバイスを提供することにある。
更に本発明の目的は、かかる圧電デバイスを簡単にかつ低コストで製造できる方法を提供することにある。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is to meet the demand for downsizing in a piezoelectric device including a piezoelectric vibrator and an IC chip. A commercially available piezoelectric vibrator having versatility can be used as it is, thereby reducing the manufacturing cost, and more preferably to provide a high-quality piezoelectric device with high frequency accuracy.
It is a further object of the present invention to provide a method for manufacturing such a piezoelectric device easily and at low cost.
本発明によれば、上記目的を達成するために、圧電振動片をパッケージ内に封止した圧電振動子と、該圧電振動子の駆動用IC素子と、その上面にIC素子との接続電極を有しかつ上下に貫通する開口部を設けたフレームとを備え、IC素子が圧電振動子のパッケージ上に固定され、圧電振動子がフレームの開口部の内側に収容され、フレームの接続電極とIC素子の電極パッドとがワイヤボンディングにより接続されると共に、少なくとも、フレームの開口部内に収容された圧電振動子及びIC素子とフレームとの隙間を充填しかつ接続電極と電極パッドとの接続部を被覆するように、フレーム、圧電振動子及びIC素子が樹脂で封止された圧電デバイスが提供される。 According to the present invention, in order to achieve the above object, a piezoelectric vibrator having a piezoelectric vibrating piece sealed in a package, an IC element for driving the piezoelectric vibrator, and a connection electrode for the IC element on the upper surface thereof. The IC element is fixed on the package of the piezoelectric vibrator, the piezoelectric vibrator is accommodated inside the opening of the frame, the connection electrode of the frame and the IC The electrode pad of the element is connected by wire bonding, and at least fills the gap between the piezoelectric vibrator and the IC element and the frame accommodated in the opening of the frame and covers the connection part of the connection electrode and the electrode pad Thus, a piezoelectric device in which a frame, a piezoelectric vibrator, and an IC element are sealed with a resin is provided.
このように外部と接続するための電極を備えたフレームを用いて樹脂封止する構成により、汎用性を有する市販の圧電振動子をそのまま利用できるので、製造コストを低減することができる。更に、圧電振動子にIC素子を重ねるだけでなく、フレームの寸法・形状を使用する圧電振動子に合わせて選択、設計できるので、特に圧電デバイスの平面寸法を小型化するのに好都合である。 In this way, a resin-sealed configuration using a frame provided with an electrode for connection to the outside allows a commercially available piezoelectric vibrator to be used as it is, so that manufacturing costs can be reduced. Further, not only the IC element is superimposed on the piezoelectric vibrator, but also the size and shape of the frame can be selected and designed according to the piezoelectric vibrator to be used, which is particularly advantageous for reducing the planar size of the piezoelectric device.
或る実施例では、圧電振動子のパッケージが、圧電振動片を搭載するベースとベースに接合されて圧電振動片を内部に封止するリッドとからなり、かつリッドとは反対側の面に外部電極を有し、圧電振動子が、リッドを下側にしてフレームの開口部内に配置され、圧電振動子の外部電極とそれに対応するIC素子の電極パッドとがワイヤボンディングにより接続されている。多くの場合、市販の表面実装型の圧電振動子は、そのベース底面に外部電極が配置されているので、リッドを下側にすることによって、圧電振動子とIC素子との容易なワイヤボンディングが可能であり、しかも、フレームの高さを圧電振動子の高さに合わせることによって、IC素子の電極パッドとフレームの接続電極及び圧電振動子の外部電極とのワイヤボンディングをより容易にすることができる。 In one embodiment, the package of the piezoelectric vibrator is composed of a base on which the piezoelectric vibrating piece is mounted and a lid that is bonded to the base and seals the piezoelectric vibrating piece inside, and is externally provided on a surface opposite to the lid. A piezoelectric vibrator having an electrode is disposed in the opening of the frame with the lid on the lower side, and the external electrode of the piezoelectric vibrator and the corresponding electrode pad of the IC element are connected by wire bonding. In many cases, commercially available surface mount type piezoelectric vibrators have an external electrode disposed on the bottom surface of the base, so that the wire can be easily bonded between the piezoelectric vibrator and the IC element by lowering the lid. In addition, by adjusting the height of the frame to the height of the piezoelectric vibrator, wire bonding between the electrode pad of the IC element and the connection electrode of the frame and the external electrode of the piezoelectric vibrator can be made easier. it can.
別の実施例では、フレームの開口部において樹脂の封止面から圧電振動子のリッド外面が露出するように配置され、それにより装置全体の高さ寸法をより小型化することができる。更に、圧電振動子のリッドが透明であり又は透明な部分を有する場合には、該リッドを介して外部からレーザ光を照射し、圧電振動片表面の電極膜を部分的に除去するトリミング加工を行うことによって、その周波数を高精度に微調整することが可能になる。 In another embodiment, it is arranged so that the outer surface of the lid of the piezoelectric vibrator is exposed from the sealing surface of the resin at the opening of the frame, whereby the height of the entire device can be further reduced. Further, when the lid of the piezoelectric vibrator is transparent or has a transparent portion, a trimming process is performed in which the electrode film on the surface of the piezoelectric vibrating piece is partially removed by irradiating laser light from the outside through the lid. By doing so, the frequency can be finely adjusted with high accuracy.
或る実施例では、フレームが、その接続電極と電気的に接続された外部端子を下面に有することにより、使用時に外部装置、回路基板等に表面実装可能な構造が得られる。 In one embodiment, the frame has an external terminal electrically connected to the connection electrode on the lower surface, thereby obtaining a structure that can be surface-mounted on an external device, a circuit board, or the like when used.
別の実施例では、フレームが、その接続電極から引き出された外部端子を上面に有し、かつ該外部端子が露出するように樹脂封止されることにより、フレーム下面の外部端子及びそれを上面の接続電極と接続する配線を設ける必要が無くなるので、フレーム自体の構造が簡単になり、製造コストをより低減することができる。 In another embodiment, the frame has external terminals drawn out from the connection electrodes on the top surface, and is resin-sealed so that the external terminals are exposed. Since there is no need to provide wiring for connecting to the connection electrodes, the structure of the frame itself is simplified and the manufacturing cost can be further reduced.
また、或る実施例では、フレームが、圧電振動子の長手方向又は横手方向の対向する側辺に沿ってそれぞれ延長する2つのフレーム部分からなり、かつこれらフレーム部分の間に開口部が画定されることにより、装置全体の平面寸法をより小型にすることができる。 In one embodiment, the frame includes two frame portions extending along opposite sides in the longitudinal direction or the transverse direction of the piezoelectric vibrator, and an opening is defined between the frame portions. Thereby, the planar dimension of the whole apparatus can be made smaller.
別の実施例では、フレームが、圧電振動子の全周に沿って延長する完全なリング状をなしかつその内側に開口部が画定されることにより、フレーム上面には、その接続電極を設けるためにより広い面積が確保される。従って、IC素子の電極パッドの数が多い場合でも、それに接続する接続電極の配置及び設計の自由度が高く、圧電デバイスが小型化してもワイヤボンディングを困難にする虞がない。 In another embodiment, the frame has a complete ring shape extending along the entire circumference of the piezoelectric vibrator, and an opening is defined on the inside thereof, so that the connection electrode is provided on the upper surface of the frame. A larger area is secured. Therefore, even when the number of electrode pads of the IC element is large, there is a high degree of freedom in arrangement and design of connection electrodes connected to the IC element, and there is no possibility that wire bonding is difficult even if the piezoelectric device is downsized.
本発明の別の側面によれば、圧電振動片をパッケージ内に封止した圧電振動子を準備する工程と、圧電振動子の駆動用IC素子を準備する工程と、その上面にIC素子との接続電極を有しかつ上下に貫通する開口部を設けたフレームを準備する工程と、該フレームの開口部の内側に圧電振動子を配置する工程と、圧電振動子のパッケージ上にIC素子を固定する工程と、フレームの接続電極とIC素子の電極パッドとをワイヤボンディングにより接続する工程と、少なくとも、開口部内に収容された圧電振動子及びIC素子とフレームとの隙間を充填しかつフレームの接続電極とIC素子の電極パッドとの接続部を被覆するように、フレーム、圧電振動子及びIC素子を樹脂で封止する工程とを備える圧電デバイスの製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a step of preparing a piezoelectric vibrator having a piezoelectric vibrating piece sealed in a package, a step of preparing an IC element for driving the piezoelectric vibrator, and an IC element on the upper surface thereof A step of preparing a frame having connection electrodes and having an opening extending vertically, a step of arranging a piezoelectric vibrator inside the opening of the frame, and fixing an IC element on the package of the piezoelectric vibrator Connecting the connection electrode of the frame and the electrode pad of the IC element by wire bonding, filling at least the gap between the piezoelectric vibrator and the IC element and the frame accommodated in the opening, and connecting the frame There is provided a method of manufacturing a piezoelectric device comprising a step of sealing a frame, a piezoelectric vibrator, and an IC element with a resin so as to cover a connection portion between an electrode and an electrode pad of the IC element.
このような製造工程により、市販の圧電振動子を用いて簡単にかつ低コストで本発明の圧電デバイスを製造することができる。樹脂封止は、成形型を用いたモールド法やポッティング等の公知の様々な樹脂封止方法を用いることができる。 With such a manufacturing process, the piezoelectric device of the present invention can be manufactured easily and at low cost using a commercially available piezoelectric vibrator. For the resin sealing, various known resin sealing methods such as a molding method using a mold or potting can be used.
或る実施例では、複数のフレームを縦方向及び/又は横方向に連続して配置した基板を形成する工程を更に有し、該基板の各フレームの各開口部にそれぞれ圧電振動子を配置しかつその各パッケージ上にそれぞれIC素子を固定し、対応するフレームの接続電極とIC素子の電極パッドとをワイヤボンディングにより接続し、基板の対応するフレーム、圧電振動子及びIC素子を樹脂封止した後、各フレームの境界線に沿って切断することにより、複数の圧電デバイスに個片化することにより、多数の圧電デバイスを同時に効率良く製造することができる。また、モールド法で樹脂封止をする場合、成形型は基板全体を上下から挟むような簡単な構造のものまで良く、個々の圧電デバイス毎に個別の成形型を準備する必要が無いので、有利である。 In one embodiment, the method further includes a step of forming a substrate in which a plurality of frames are continuously arranged in the vertical direction and / or the horizontal direction, and a piezoelectric vibrator is arranged in each opening of each frame of the substrate. In addition, each IC element is fixed on each package, the connection electrode of the corresponding frame and the electrode pad of the IC element are connected by wire bonding, and the corresponding frame, piezoelectric vibrator and IC element of the substrate are sealed with resin. After that, by cutting along the boundary line of each frame and dividing into a plurality of piezoelectric devices, a large number of piezoelectric devices can be efficiently manufactured at the same time. In addition, when sealing with resin by the molding method, the molding die may be a simple one that sandwiches the entire substrate from above and below, and there is no need to prepare individual molding die for each piezoelectric device. It is.
この基板は、或る実施例では硬質の基板で形成され、別の実施例ではフレキシブル基板で形成され、目的とする圧電デバイスの仕様やサイズ、その製造工程等によって適当に選択することができる。 This substrate is formed of a hard substrate in one embodiment, and is formed of a flexible substrate in another embodiment, and can be appropriately selected according to the specification and size of the target piezoelectric device, the manufacturing process thereof, and the like.
また、別の実施例では、圧電振動子のパッケージが、圧電振動片を搭載するベースとベースに接合されて圧電振動片を内部に封止するリッドとからなり、フレームの開口部内にリッドを下側にしてかつ該リッドの外面が開口部において樹脂の封止面から露出するように配置され、フレーム、圧電振動子及びIC素子の樹脂封止後にリッドの透明な部分を介して外部からレーザ光を照射し、圧電振動片の表面の電極膜を部分的に削除してその周波数を調整する工程を更に有することができる。これにより、圧電振動片を高精度に微調整することが可能になり、高性能かつ高品質の圧電デバイスが得られる。 In another embodiment, the piezoelectric vibrator package includes a base on which the piezoelectric vibrating piece is mounted and a lid that is bonded to the base and seals the piezoelectric vibrating piece inside, and the lid is placed in the opening of the frame. And the outer surface of the lid is exposed from the resin sealing surface at the opening, and after the resin sealing of the frame, the piezoelectric vibrator and the IC element, the laser beam is externally applied through the transparent portion of the lid. , And partially removing the electrode film on the surface of the piezoelectric vibrating piece to adjust its frequency. As a result, the piezoelectric vibrating piece can be finely adjusted with high accuracy, and a high-performance and high-quality piezoelectric device can be obtained.
以下に、本発明の好適実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1(A)〜(C)は、本発明による圧電デバイスの第1実施例である水晶発振器の構成を概略的に示している。この水晶発振器1は、水晶振動子2と、これを駆動するための発振回路からなるICチップ3と、発振器の外郭を画定するフレーム4と、それらを気密に封止するモールド樹脂5とを有する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1A to 1C schematically show the configuration of a crystal oscillator which is a first embodiment of a piezoelectric device according to the present invention. The
水晶振動子2は、汎用性を有する市販の水晶振動子であり、図2(A)、(B)に示すように、パッケージ6内に音叉型の水晶振動片7が搭載されている。パッケージ6は、セラミックシート8a,8bを積層した矩形箱型のベース8と、その上部開口を封止する透明ガラス材料のリッド9とを有する。水晶振動片7は、その基端部7aがベース8の内部に形成された接続電極10に導電性接着剤11で略水平かつ片持ちに固定されている。ベース8上端にはリッド9が低融点ガラス12で気密に接合され、ベース8下面にはその長手方向両端に各1対の外部電極13が形成されている。
The
図1(C)に示すように、水晶振動子2は、リッド9を下側にしてかつ該リッドがモールド樹脂5の底面から露出するように配置される。水晶振動子2の下側にモールド樹脂が無いので、水晶発振器1の高さをより小型化することができる。また、透明ガラスリッド9が外面に露出しているので、該リッドを介して外部からレーザ光を照射して水晶振動片7表面の電極膜を部分的に除去することにより、周波数調整をすることができる。ICチップ3は、水晶振動子2の上に即ちベース8の外部電極13を形成した面上に接着剤14で直接固定される。ICチップ3の上面には、前記発振回路の入出力用及び水晶振動子2と接続するために、複数の電極パッド15が設けられている。
As shown in FIG. 1C, the
本実施例のフレーム4は、水晶振動子2の長手方向の各側辺に沿って延長する2つのフレーム部分4a,4aを有する。両フレーム部分4a,4aの間には、水晶振動子2の長手方向両側に開放されかつ上下に貫通した開口部16が画定されている。開口部16の内側には、水晶振動子2がその長手方向の側辺と各フレーム部分との間に隙間を有するように配置され、かつ前記隙間はモールド樹脂5が完全に充填されている。
The
各フレーム部分4a,4aは、その上面にICチップ3の電極パッド15と接続するために複数の接続電極17が形成され、かつその下面に外部装置と接続するために複数の外部端子18が形成されている。各フレーム部分4a,4aの外側面には断面半円形の切欠き部19が設けられ、かつその内面に形成された電極膜20により、各接続電極17と対応する外部端子18とを接続している。切欠き部19の下側半分は、モールド樹脂が除去されて電極膜20が露出しており、水晶発振器1を回路基板等に表面実装する際にろう材のフィレット形成を容易にしている。切欠き部19及び電極膜20は、例えば後述するように基板に形成したスルーホールを縦に半割することにより形成することができる。
Each
ICチップ3の電極パッド15とフレーム4の接続電極17及び水晶振動子2の外部電極13とは、それぞれボンディングワイヤ21により電気的に接続されている。ボンディングワイヤ21を含むこれらの接続部分は、モールド樹脂5が完全に充填されている。
The
次に、図1の水晶発振器1を製造する各工程を順に説明する。図3(A)、(B)は、多数個の水晶発振器1を同時に製造するのに適したフレーム作成用の基板22を示している。本実施例の基板22は、一般にプリント配線板等に使用されるBTレジン等からなる硬質の絶縁樹脂基板である。基板22には、多数の水晶発振器のフレーム4が縦方向及び横方向に連続して形成されている。
Next, each process for manufacturing the
基板22には、図中横方向に延長する複数の長い溝23が平行に形成されている。溝23の幅はフレーム4の開口部16の幅に等しく、かつ隣接する溝23の間隔即ち基板部分の幅は、2つのフレーム部分4a,4aの幅を足し合わせた大きさに等しく設けられる。各溝23の両側の基板部分には、その表面にフレーム4の各接続電極17を形成するための多数の電極膜24と、その裏面にフレーム4の各外部端子18を形成するための多数の電極膜25とが互いに対応する位置に形成されている。電極膜24,25は、基板22において溝23に直交する向きに隣接する前記フレームの境界を挟んでそれぞれ2つの接続電極17又は外部端子18を形成するように設けられる。表裏で対応する各電極膜24,25は、基板22に形成したスルーホール26内面の電極膜27により互いに電気的に接続されている。各スルーホール26は、それぞれ隣接する前記フレームの境界線28上に設けられる。
A plurality of
先ず、基板22の裏面に粘着シート29を貼り付けて各溝23の底を完全に塞ぎ、水平に載置する。粘着シート29は、例えばポリイミド樹脂からなる市販のダイシングテープ等を使用する。粘着シート29には、再使用可能な金属板を用いることもできる。多数の水晶振動子2をそれぞれリッド9を下側にして各溝23の内側に配置し、図3(A)の境界線28に対応する所定の位置で粘着シート29の粘着面で固定する(図4(A))。各水晶振動子2の上にそれぞれICチップ3を接着剤14で固定した後、その上面の電極パッド15をそれぞれ対応する水晶振動子2の外部電極13及び境界線28の内側で基板22上の隣接する電極膜24とワイヤボンディングにより接続する(図4(B))。予め基板22の厚さを水晶振動子2の高さに合わせて選択すると、ワイヤボンディングが容易になるで、好都合である。
First, the
次に、このように水晶振動子2及びICチップ3を配置しかつ配線した基板22を、上型30aと下型30bとからなる成形型内に配置する。例えばエポキシ系の熱硬化性合成樹脂材料からなるモールド樹脂31を前記成形型内に射出して、水晶振動子2及びIC素子3と基板22との隙間並びに電極パッド15と接続電極13及び電極膜24との接続部を含む全体を封止する(図4(C))。モールド樹脂31には、当然ながら、他の公知の様々な材料を用いることができる。また、本実施例の成形型は、基板22全体を上下から挟むような簡単な構造のものまで良く、個々の水晶発振器毎に個別の成形型を準備する必要が無いので、有利である。
Next, the
モールド樹脂31が完全に硬化した後に、上型30a及び下型30bを取り外して基板22を前記成形型から取り出し、粘着シート29を剥がす(図4(D))。このように樹脂封止した基板22を、図3(A)の境界線28に沿ってダイシング等することにより切断し、図4(E)に示すように個片化する。最後に、前記樹脂封止工程で各スルーホール26内に充填されたモールド樹脂31の下側半分を、例えばサンドブラスト加工等により除去して電極膜20を露出させる。これにより、図1に示す水晶発振器1が完成する。また、粘着シート29は、基板22と共にダイシングして個片化した後に個別に剥がすこともできる。
After the
更に本発明では、完成した水晶発振器1の周波数を微調整することができる。これは、水晶発振器1の外部端子18を介して周波数を測定しながら、水晶発振器1底面のモールド樹脂面に露出した透明ガラスリッド9を介して外部からレーザ光を照射して、水晶振動片7表面の電極膜を部分的に除去することにより行う。これにより、水晶振動子2の周波数を高精度に調整でき、高性能かつ高信頼性の水晶発振器1が得られる。
Furthermore, in the present invention, the frequency of the completed
また、本発明では、ダイシングにより個片化する前に図4(D)の示す基板の状態で、各水晶発振器の周波数を個別に測定することができる。基板22の状態において、各フレームの接続電極17は、それぞれ隣接する別の水晶発振器の、電極膜24を共有する接続電極のみと接続され、基板全体としては電気的に短絡していない。従って、ダイシング前の基板状態で、各水晶発振器の周波数調整を行うことができる。
Further, in the present invention, the frequency of each crystal oscillator can be individually measured in the state of the substrate shown in FIG. 4D before being separated into pieces by dicing. In the state of the
図5(A)、(B)は、図3に示すフレーム作成用基板の変形例のフレーム作成用基板32を示している。本実施例の基板32は、一般にTABテープ等に使用されるPBT樹脂等からなるフレキシブルな絶縁樹脂基板であり、全体として細長いテープ状に形成されている。基板32には、同様の多数の水晶発振器のフレーム4が縦方向及び横方向に連続して形成されている。
5A and 5B show a
基板32には、図中縦方向即ち前記テープの幅方向に延長する複数の長い溝33が平行に形成されている。溝33の幅はフレーム4の開口部16の幅に等しく、かつ隣接する溝33の間隔即ち基板部分の幅は、2つのフレーム部分4a,4aの幅を足し合わせた大きさに等しく設けられる。各溝33の両側の基板部分には、その表面にフレーム4の各接続電極17を形成するための多数の電極膜34と、その裏面にフレーム4の各外部端子18を形成するための多数の電極膜35とが互いに対応する位置に形成されている。電極膜34,35は、基板32において溝33に直交する向きに隣接する前記フレームの境界を挟んでそれぞれ2つの接続電極17又は外部端子18を形成するように設けられる。表裏で対応する各電極膜34,35は、基板32に形成したスルーホール36内面の電極膜37により互いに電気的に接続されている。各スルーホール36は、それぞれ隣接する前記フレームの境界線38上に設けられる。
A plurality of
この変形例の基板32についても、図3の基板22と同様に図4に示す工程に従って、水晶発振器1を製造することができる。即ち、裏面に粘着シートを貼り付けて各溝33の底を完全に塞いだ基板32を水平に載置し、多数の水晶振動子2をそれぞれリッド9を下側にして各溝33内の所定位置に配置し、各水晶振動子2の上にICチップ3を固定した後、その電極パッド15と対応する水晶振動子2の外部電極13及び境界線38の内側で基板32上の隣接する電極膜34とをワイヤボンディングで接続する。この基板32を所定の成形型内に配置しかつ適当なモールド樹脂を射出して全体を封止し、モールド樹脂の硬化後に該成形型から取り出し、図5(A)の境界線38に沿って切断し、個片化する。最後に、スルーホール36内に充填されたモールド樹脂の下側半分を除去して電極膜37を露出させることにより、同様に図1に示す水晶発振器1が完成する。
Also for the
更にこの変形例では、図5の基板と組み合わせて、図6に示すように水晶振動子1を貼り付けたキャリアテープ39を用いることができる。キャリアテープ39は、例えばTAB(テープ自動ボンディング)において多数の電子部品を搬送するために使用されるTABテープキャリアである。その表面には、複数の水晶振動子1がそのリッド9を下側にして、基板32の溝33及び境界線38に対応した所定の位置に予め接着されている。
Furthermore, in this modified example, a
キャリアテープ39を用いた水晶発振器1の製造工程では、図7に示すように、先ず水晶振動子1を上側にしてキャリアテープ39を水平に載置する。その上にフレキシブルな基板32を、キャリアテープ39上の各水晶振動子1が基板32の溝33の内側に配置されるように被せる。この後の工程は、上述した図4(B)〜(E)の製造工程と同じであるので、以後の説明は省略する。
In the manufacturing process of the
図8(A)〜(E)は、図4(A)〜(E)に示す製造工程の変形例を示している。この変形例では、基板22の各スルーホール26の上端を、予め適当な板状部材40で閉塞しておく。板状部材40は、後のダイシング加工で容易に切断できるように、比較的軟質の金属材料や樹脂材料等を用いることが好ましい。
8A to 8E show a modification of the manufacturing process shown in FIGS. 4A to 4E. In this modification, the upper end of each through
この基板22を用いて、図4(A)〜(E)に示す工程と同様に水晶振動子2及びICチップ3を配置しかつワイヤボンディング21で接続し、型30a,30bに入れてモールド樹脂31で封止する(図8(A)〜(C))。このとき、各スルーホール26は板状部材40で閉塞されているので、その内部がモールド樹脂で充填されることはない。従って、最後に前記型から取り出し、境界線28に沿って板状部材40ごと切断して個片化する(図8(D)、(E))と、スルーホール26内部は電極膜20がそのまま露出しているので、図1に示す水晶発振器1が完成する。これにより、図4(E)におけるサンドブラスト加工を省略することができる。
Using this
図9(A)〜(C)は、本発明による圧電デバイスの第2実施例である水晶発振器の構成を概略的に示している。この水晶発振器41は、第1実施例と同様にリッド9を下側にした水晶振動子2と、これを駆動するための発振回路からなるICチップ3と、発振器の外郭を画定するフレーム42と、それらを気密に封止するモールド樹脂5とを有する。本実施例は、フレーム42が水晶振動子2の全周に沿って延長する矩形の完全なリング状をなし、その内側に上下に貫通する開口部43が画定されている点において、第1実施例と異なる。水晶振動子2は、開口部43の内側にかつフレーム42との間に隙間を有するように配置される。
FIGS. 9A to 9C schematically show the configuration of a crystal oscillator which is a second embodiment of the piezoelectric device according to the present invention. As in the first embodiment, the
図9(B)では、図1の第1実施例と同様に、フレーム42の水晶振動子2の長手方向の両側辺に沿って延長する部分の上面にのみ、ICチップ3との接続電極17が形成されている。この実施例では更に、フレーム42の水晶振動子2の横手方向の両側辺に沿って延長する部分の上面にも、ICチップ3との接続電極を追加して設けることができる。従って、ICチップ3の電極パッドの数が多い場合でも、フレーム42上に接続電極を互いに十分に離隔して配置でき、電極の設計自由度が向上しかつ電極の形成及びワイヤボンディングが容易になるので、有利である。
In FIG. 9B, as in the first embodiment of FIG. 1, the
第2実施例の水晶発振器41は、図10に示すフレーム作成用の基板44を用いることにより、図4に示す第1実施例の製造工程を利用して同時に多数個を製造することができる。基板44は、図3の基板22と同様に、プリント配線板等に使用されるBTレジン等からなる硬質の絶縁樹脂基板であり、多数のフレーム42が縦方向及び横方向に連続して形成されている。即ち、本実施例の基板44は、多数の開口部43が図3の溝23に代えて貫設されている。各開口部43の両側の基板部分には、図3の基板22と同様に、その表面にフレーム42の各接続電極17を形成するための多数の電極膜24と、その裏面にフレーム42の各外部端子18を形成するための多数の電極膜25とが互いに対応する位置に形成され、かつ両電極膜24,25を接続するスルーホール26がそれぞれ隣接するフレームの境界線45上に設けられている。
The
図11(A)〜(C)は、本発明による圧電デバイスの第3実施例である水晶発振器の構成を概略的に示している。この水晶発振器51は、上記各実施例と同様にリッド9を下側にした水晶振動子2と、これを駆動するための発振回路からなるICチップ3と、発振器の外郭を画定するフレーム52と、それらを気密に封止するモールド樹脂53とを有する。フレーム52は、第1実施例と同様に、水晶振動子2の長手方向の各側辺に沿って延長する2つのフレーム部分52a,52aを有し、それらの間に画定される開口部54の内側に水晶振動子2が、その両側辺と前記各フレーム部分との間に隙間を有するように配置されている。
11A to 11C schematically show the configuration of a crystal oscillator that is a third embodiment of the piezoelectric device according to the present invention. The
本実施例は、以下の点において上記各実施例と異なる。即ち、フレーム部分52a,52aの上面には複数の電極膜55が形成され、その開口部54側の部分がそれぞれICチップ3の各電極パッド15と接続するための接続電極を構成し、かつその外側部分がそれぞれ外部装置と接続するための外部端子を構成する。電極膜55の前記外側部分には、例えばはんだボールからなるバンプ56が形成されている。更に、モールド樹脂53が、水晶振動子2及びIC素子3とフレーム52との隙間を充填しかつ電極膜55とIC素子3の電極パッド15との接続部を被覆しながら、各電極膜55の前記外側部分は露出するように形成されている。従って、本実施例は、上記各実施例と比較して、フレーム52の下面に別個の外部端子を設けかつ上面の接続電極と接続するためのスルーホールを形成する必要が無い、という特徴を有する。
The present embodiment is different from the above embodiments in the following points. That is, a plurality of
第3実施例の水晶発振器51は、図12(A)、(B)に示すフレーム作成用の基板57を用いることにより、図4に示す第1実施例の製造工程を利用して同時に多数個を製造することができる。基板57は、図3の基板22と同様にBTレジン等からなる硬質の絶縁樹脂基板であり、多数のフレーム52が縦方向及び横方向に連続して形成されている。即ち、本実施例の基板57は、開口部54と同じ幅を有する複数の長い溝58が図中横方向にかつ平行に開設され、かつ各溝58の両側の基板部分には、その表面にフレーム52の電極膜55を形成するための電極膜59が形成されている。各電極膜59には、それぞれ隣接するフレームの境界線60を挟んでその両側にそれぞれバンプ56が形成されている。
The
図13(A)〜(C)は、図11に示す第3実施例の変形例である水晶発振器の構成を概略的に示している。この変形例の水晶発振器51は、電極膜55の外側部分に形成される各バンプ56aが、縦に半割したはんだボールで形成されている点において図11の実施例と異なる。この水晶発振器51は、図14(A)、(B)に示すフレーム作成用の基板57を用いることにより、図4の製造工程と同様に同時に多数個を製造することができる。基板57の各電極膜59には、それぞれ隣接するフレームの境界線60上にはんだボール56’が形成されている。本実施例では、基板57を境界線に沿って切断することにより、水晶発振器51を個片化する際に同時に各はんだボール56’をそれぞれ2個のバンプ56aに分割する。図11の実施例に比して、形成すべきはんだボールの数をほぼ半数に少なくできるので、製造工程を簡単化することができる。
FIGS. 13A to 13C schematically show the configuration of a crystal oscillator which is a modification of the third embodiment shown in FIG. The
図15(A)〜(C)は、本発明による圧電デバイスの第4実施例である水晶発振器の構成を概略的に示している。この水晶発振器61は、上記各実施例と同様にリッド9を下側にした水晶振動子2と、これを駆動するための発振回路からなるICチップ3と、発振器の外郭を画定するフレーム62と、それらを気密に封止するモールド樹脂63とを有する。フレーム62は、第1実施例と同様に、水晶振動子2の長手方向の各側辺に沿って延長する2つのフレーム部分62a,62aを有し、それらの間に画定される開口部64の内側に水晶振動子2が、その両側辺と前記各フレーム部分との間に隙間を有するように配置されている。
FIGS. 15A to 15C schematically show the configuration of a crystal oscillator which is a fourth embodiment of the piezoelectric device according to the present invention. The
本実施例の水晶発振器61は、水晶振動子2のリッド9がモールド樹脂63の外面に露出しないように配置されている以下の点において、第1実施例と異なる。水晶振動子2がモールド樹脂63に完全に被覆されてその底面から離隔されているので、外部装置や回路基板等に実装したとき、それらから受ける電磁的影響をより有効に排除することが可能になる。
The
第4実施例の水晶発振器61は、図16(A)〜(E)に示す工程に従って同時に多数個を製造することができる。本実施例では、図3に示す第1実施例と同じフレーム作成用の基板22を用いる。先ず、基板22を治具65の上に水平に載置する。治具65の上面には、平坦かつ一定の高さの突部66が基板22の溝23に対応する部分に形成されている。溝23の内側には、多数の水晶振動子2をそれぞれリッド9を下側にして突部66の上に配置する(図16(A))。
突部66には、その上面に開口する吸引孔67が設けられている。吸引孔67は、図示しない真空装置に接続されており、水晶振動子2を真空吸引することによって、溝23内の所定の位置に固定する。この状態で各水晶振動子2の上にそれぞれICチップ3を接着剤14で固定し、かつその上面の電極パッド15をそれぞれ対応する水晶振動子2の外部電極13及び境界線28の内側で基板22上の隣接する電極膜24とワイヤボンディングにより接続する(図16(B))。
The
次に、このように水晶振動子2及びICチップ3を配置しかつ配線した基板22を治具65上から取り外し、上型30aと下型30bとからなる成形型内に配置する。水晶振動子2は、ICチップ3がボンディングワイヤ21で吊り下げられて、治具65を外した後も略同じ高さに維持される。適当な材料のモールド樹脂31を前記成形型内に射出して、水晶振動子2及びIC素子3と基板22との隙間並びに電極パッド15と接続電極13及び電極膜24との接続部を含む全体を封止する(図16(C))。
Next, the
本実施例では、水晶振動子2の長手方向の両側部と溝23との隙間が、図4に示す第1実施例の場合により狭く設定されている。そのため、基板22を治具65上から取り外して成形型内に移したりモールド樹脂31を射出する際に、ボンディングワイヤ21で吊り下げられた状態の水晶振動子2及びICチップ3が確実に基板の溝内に維持され、所望の位置から大きくずれたり溝から飛び出すことを有効に防止することができる。
In the present embodiment, the gap between the both sides in the longitudinal direction of the
モールド樹脂31の硬化後に基板22を前記成形型から取り出し(図16(D))、各フレームの境界線28に沿ってダイシング等することにより切断して個片化する(図16(E))。最後に、各スルーホール26内に充填されたモールド樹脂31の下側半分を、例えばサンドブラスト加工等により除去して電極膜20を露出させる。これにより、図15に示す水晶発振器1が完成する。
After the
また、本発明によれば、上記各実施例は、それぞれ適当に組み合わせて実施することができる。例えば、第4実施例のように水晶振動子のリッドを樹脂封止面から露出させない構造を、第2,第3実施例の水晶発振器に用いることができる。 In addition, according to the present invention, the above embodiments can be implemented in appropriate combinations. For example, a structure in which the lid of the crystal resonator is not exposed from the resin sealing surface as in the fourth embodiment can be used for the crystal oscillators in the second and third embodiments.
更に、第1実施例に関連して上述した各変形例を、図9,図11,図13及び図15に関連して上述した第2〜第4実施例に適用することができる。例えば、第2〜第4実施例の製造工程においても、硬質の基板に代えて図5と同様のフレキシブルな基板を使用し、更に図6と同様のキャリアテープを用いて、水晶発振器を製造することができる。また、図8に示す製造工程を、第2〜第4実施例の水晶発振器にも同様に適用することができる。 Furthermore, the modifications described above in relation to the first embodiment can be applied to the second to fourth embodiments described above with reference to FIGS. 9, 11, 13, and 15. For example, in the manufacturing steps of the second to fourth embodiments, a flexible substrate similar to that shown in FIG. 5 is used in place of the hard substrate, and a crystal oscillator is manufactured using a carrier tape similar to that shown in FIG. be able to. Further, the manufacturing process shown in FIG. 8 can be similarly applied to the crystal oscillators of the second to fourth embodiments.
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、上記各実施例の製造工程では、成形型を用いてモールド法により樹脂封止したが、ポッティング等の他の樹脂封止方法を用いることもできる。また、上記各実施例は水晶発振器について説明したが、本発明は、水晶以外の圧電材料を用いた他の圧電発振器や、リアルタイムクロックモジュール等、圧電振動子とIC素子とを組み込んだ他の圧電デバイスについても同様に適用することができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, as will be apparent to those skilled in the art, the present invention can be carried out with various modifications and changes made to the above embodiments within the technical scope thereof. . For example, in the manufacturing process of each of the above embodiments, resin sealing is performed by a molding method using a mold, but other resin sealing methods such as potting can also be used. In addition, although each of the above embodiments has been described for a crystal oscillator, the present invention is not limited to other piezoelectric oscillators using piezoelectric materials other than quartz, real-time clock modules, and other piezoelectric oscillators incorporating a piezoelectric vibrator and an IC element. The same applies to devices.
1,41,51,61…水晶発振器、2…水晶振動子、3…ICチップ、4,42,52,62…フレーム、4a,4a,52a,52a,62a,62a…フレーム部分、5,31,53,63…モールド樹脂、6…パッケージ、7…水晶振動片、7a…基端部、8…ベース、8a,8b…セラミックシート、9…リッド、10…接続電極、11…導電性接着剤、12…低融点ガラス、13…外部電極、14…接着剤、15…電極パッド、16,43,54,64…開口部、17…接続電極、18…外部端子、19…切欠き部、20,24,25,27,34,35,37,55,59…電極膜、21…ボンディングワイヤ、22,32,44,57…基板、23,33,58…溝、26,36…スルーホール、28,38,45,60…境界線、29…粘着シート、30a…上型、30b…下型、39…キャリアテープ、40…板状部材、56…バンプ、65…治具、66…突部、67…吸引孔。
DESCRIPTION OF
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-
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