JP2013058974A - 発振器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発振器を比較的簡単な構成によって薄型化、低背化、小型化する。
【解決手段】発振器１は、振動片５をパッケージ３内に搭載した振動子２と発振回路を有するＩＣ素子３とリードフレーム４とを備える。リードフレームは、一方の面に凹部９が設けられ、凹部内の複数のインナーリード部１０と、凹部の外側の複数のアウターリード部１１とを有する。振動子はその下面でリードフレームの他方の面に接着され、該下面にはＩＣ素子が平面的に複数のインナーリードの間に画定される空間内に位置するように接着されている。ＩＣ素子とインナーリード部及び振動子の接続電極とはワイヤーボンディングされる。発振器は、振動子のリッド８上面及びアウターリード部下面を露出させて樹脂封止されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動子とその発振回路とを備える発振器及びその製造方法に関する。

従来、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移動体通信機器等の電子機器において、一定の周波数信号を得るための基準信号源、基準周波数源として圧電発振器が広く使用されている。これらの電子機器は小型化が著しく、これに対応して圧電発振器も一層の小型化・薄型化が要求されている。

最近、圧電振動片をパッケージ内に収容した圧電振動子をリードフレームの一方の面に固定し、その発振回路を構成する集積回路（ＩＣ）素子をリードフレームの他方の面に固定し、全体をモールド樹脂で封止した構造の圧電発振器が多く採用されている（例えば、特許文献１を参照）。このように構成することによって、圧電振動片と発振回路とを同一パッケージに収容することによる不都合を解消し、かつ小型化を図っている。

同様にパッケージ化した圧電振動子とＩＣ素子とリードフレームとを樹脂モールドした圧電発振器において、薄型化を図るために、圧電振動子の裏面即ち実装面にＩＣ素子を固定し、該ＩＣ素子とリードフレームとをワイヤーボンディングにより接続する構造が知られている（例えば、特許文献２を参照）。このリードフレームは、圧電振動子の横側に近接させて配置した接続用リード部を有し、その先端部上面と圧電振動子の裏面との間にそれらを接続するように接着剤を塗布することによって、圧電振動子と接続することができる。これにより、圧電振動子の裏面にリードフレームを重ねて配置する必要が無く、その分圧電発振器の厚み寸法を小さくできる。

また、平面寸法を小型化するために、下側リードフレームの一部をハーフエッチングして形成した凹所内に発振回路であるＩＣ素子を配置し、下側リードフレームに重ねるように上側リードフレームを配置すると共に、ＩＣ素子を下側リードフレーム及び上側リードフレームとボンディングワイヤーで接続し、上側リードフレームの上に圧電振動子を重ねて接合した圧電発振器が知られている（例えば、特許文献３を参照）。更に、この上側リードフレームの一部をハーフエッチングして形成した凹所に圧電振動子を接合することにより、その位置決めを容易にした圧電発振器が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。

特開２００５−３３７６１号公報 特開２００７−９７０７５号公報 特開２００８−１０９２２号公報 特開２００８−１１０２９号公報

しかしながら、単に圧電振動子とＩＣ素子とリードフレームとを上下に重ねた従来構造の圧電発振器は、それ以上に薄型化、低背化を図ることが困難である。また、上記特許文献２記載の圧電発振器は、圧電振動子とその外側に配置したリードフレームとを接着剤で接続するため、その接続状態は、圧電振動子とリードフレームとを重ねて接着した場合よりも接着強度を得にくく、不安定になり易い。そこで必要な接着強度を得るために接着面積を広くすると、平面寸法の小型化が制限されるという問題が生じる。また、上記特許文献３，４記載の圧電発振器は、ＩＣ素子を接合する下側リードフレームと圧電振動子を接合する上側リードフレームとを上下に重ねるため、薄型化、低背化が困難であると共に、構造が比較的複雑であり、そのために製造上工数が多く作業が面倒になりがちで、生産性を低下させる虞がある。

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、パッケージ化した振動子とその発振回路であるＩＣ素子とリードフレームとを備える発振器において、比較的簡単な構成によって、薄型化、低背化を実現することにある。
更に本発明の発振器は、その平面寸法を小型化することを目的とする。

本発明の別の目的は、より薄型化、低背化及び平面寸法の小型化が可能な発振器をより簡単に、生産性を低下させることなく製造し得る方法を提供することにある。

本発明の発振器は、上記目的を達成するために、
振動片をパッケージ内に搭載した振動子と、
発振回路を有する発振回路素子と、
発振回路素子に電気的に接続するための複数のインナーリード部と、外部に接続するための複数のアウターリード部とを有するリードフレームとを備え、
リードフレームがその一方の面に凹部を有し、該凹部内のリードフレーム部分がインナーリード部を構成し、該インナーリード部よりも厚いリードフレーム部分がアウターリード部を構成し、
発振回路素子がその上面で振動子の下面に接着され、
振動子が、発振回路素子をリードフレーム側にかつ平面的に複数のインナーリード部の間に画定される空間内に配置して、その下面においてリードフレームの他方の面に接着されていることを特徴とする。

このように簡単な構成によって、発振回路素子がリードフレームの厚さ内に配置されるので、発振器をより薄型化、低背化することができる。また、使用時に発振回路素子からの発熱が振動子にその下面から直接伝達されるので、周波数ドリフト特性が向上し、電源投入後に振動子の発振周波数を従来より早く安定させることができる。

或る実施例では、発振回路素子が、リードフレームのインナーリード部にボンディングワイヤーにより電気的に接続され、かつ振動子の下面にインナーリード部の間を通して別のボンディングワイヤーにより電気的に接続されている。一般に発振回路素子の平面寸法は振動子よりも小さいので、概ね振動子の平面寸法の範囲内で振動子及びインナーリード部と接続することができる。従って、発振器の平面寸法を主として振動子の平面寸法に基づいて決定し、小型化することができる。

別の実施例では、振動子の上面及びアウターリード部の下面を露出させて、樹脂封止されていることによって、より薄型化、低背化が可能な表面実装型の発振器が得られる。更に振動子上面からの放熱により、発振特性をより安定させることができる。

また別の実施例では、発振回路素子と振動子及びインナーリードとを接続しているボンディングワイヤーが、リードフレームの厚さの範囲内に収まるように配線されていることにより、発振器を最大限薄型化、低背化することができる。

別の側面によれば、本発明の発振器の製造方法は、
一方の面に凹部が設けられ、該凹部内の複数のインナーリード部と、該インナーリード部よりも厚い複数のアウターリード部とを有するリードフレームを準備し、
振動片をパッケージ内に搭載した振動子をその下面でリードフレームの凹部とは反対側の面に接着し、
振動子の発振回路を有する発振回路素子を、平面的に複数のインナーリード部の間に画定される空間内に配置しつつ、振動子の下面に接着し、
発振回路素子の複数の電極をそれぞれ対応する振動子下面の接続電極及び複数のインナーリード部とワイヤーボンディングにより接続し、
アウターリード部の表面を露出させつつ、モールド樹脂で封止することを特徴とする。

これにより、上述したように薄型化、低背化及び平面寸法の小型化が可能で周波数ドリフト特性を向上させ得る表面実装型の発振器を比較的簡単に実現することができ、生産性を向上させることができる。

或る実施例では、更に振動子の上面を露出させつつ、全体をモールド樹脂で封止することによって、より薄型化、低背化が可能で、更に振動子上面からの放熱により発振特性をより安定させ得る発振器が得られる。

（Ａ）図は本発明による発振器の実施例の断面図、（Ｂ）図は底面図。 図１の発振器の周波数ドリフト特性を示す線図。

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明の１実施形態である発振器１を概略的に示している。発振器１は、振動子２と、該振動子の発振回路を構成する半導体集積回路（ＩＣ）素子３と、リードフレーム４とを備える。振動子２は、例えばＡＴカット水晶振動片である厚み滑り振動の圧電振動片５をパッケージ６内に搭載した圧電振動子である。パッケージ６は、セラミック材料薄板を積層した矩形箱型のベース７を有し、その内部空所に圧電振動片５が基端部で片持ちに固定支持されている。ベース７の上端には、例えば金属薄板からなるリッド８が接合され、パッケージ６内部を気密に封止している。

リードフレーム４は、シート状の合金素材にエッチング加工やプレス加工を施して、複数のリードを有するように形成される。リードフレームに通常用いられる合金素材には、例えば、４２アロイ等のＦｅ（鉄）合金、Ｃｕ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ｚｎ，Ｃｕ−Ｎｉ等のＣｕ（銅）合金、これらに第三の元素を添加した三元合金等がある。

リードフレーム４には、その一方の面に凹部９が、該一方の面をハーフエッチングすることによって設けられている。リードフレーム４は凹部９内に、該凹部の底面に位置するリードフレーム部分により構成される複数の薄いインナーリード部１０を有する。リードフレーム４は、インナーリード部１０から連続して凹部９の外側に位置し、該インナーリード部よりも厚いリードフレーム部分により構成される複数のアウターリード部１１を有する。本実施例では、各４つのインナーリード部１０及びアウターリード部１１が平面的に互いに離隔して、振動子２の矩形パッケージ６の底面の４角に概ね対応する位置に配置されている。

振動子２は、パッケージ６の底面６ａにおいてリードフレーム４の他方の面、即ち凹部９とは反対側の面に、例えば非導電性の接着剤を用いて一体に接着されている。ＩＣ素子３は、その片面で振動子２のパッケージ底面６ａに、例えば非導電性の接着剤を用いて一体に接着されている。このとき、ＩＣ素子３はリードフレーム４側に、平面的に４つのインナーリード部１０の間に画定される空間に収まるように配置される。これにより、ＩＣ素子３をリードフレーム４の厚さ内に配置することができ、それによって発振器１の薄型化、低背化を図ることができる。

本実施形態では、リードフレーム４のインナーリード部１０の間に覗く振動子２のパッケージ底面６ａに、ＩＣ素子３に接続するための１対の接続電極１３が設けられている。接続電極１３は、その一部がＩＣ素子３で覆われるように配置してもよい。ＩＣ素子３と接続電極１３とが互いに対向する面同士で接することにより、前記ＩＣ素子から前記接続電極への熱経路を広く確保することができ、前記ＩＣ素子から発生した熱のＡＴカット水晶振動片５への伝達が向上する。

ＩＣ素子３の振動子２と反対側の面には、振動子２に接続するための１対の電極パッド１２ａ、及び外部に接続するため又は接地するための複数の電極パッド１２ｂが設けられている。ＩＣ素子３の各電極パッド１２ａ，１２ｂは、それぞれボンディングワイヤー１４によって対応する振動子２の接続電極１３及びリードフレーム４のインナーリード部１０と電気的に接続されている。

ボンディングワイヤー１４は、図１（Ａ）に示すように、リードフレーム４の厚さの範囲内に収まるように低く結線することが好ましい。それにより、発振器１をより薄型化、低背化することができると共に、外部の基板や電子機器等への表面実装が容易になる。

発振器１は、その略全体がトランスファーモールディング等の樹脂モールドによって封止されている。リードフレーム４の上面側は、振動子２のリッド８上面を露出させつつ、該振動子の周囲を充填するようにモールド樹脂１５が設けられている。リードフレーム４の下面側は、各アウターリード部１１の下面を露出させつつ、凹部９内、前記アウターリード部間及びその周囲を充填するようにモールド樹脂１６が設けられている。

このように振動子２のリッド８上面及びアウターリード部１１の下面を露出させるように樹脂モールドすることによって、発振器１の高さを抑制し、より薄型化、低背化を図ることができる。また、発振器１の上面から振動子２のリッド８面が露出していることによって、該リッド面から振動子２の発熱を放出させることができ、発振特性をより安定させることができる。

ＩＣ素子３は、その平面寸法が振動子２よりも小さいので、概ね振動子２の平面寸法の範囲内で振動子２及びインナーリード部１０とボンディングワイヤー１４で接続することができる。更にリードフレーム４のアウターリード部１１は、図示するように概ね振動子２の平面寸法の範囲内に配置することができる。従って、発振器１の平面寸法は、振動子２及びその周囲のモールド樹脂１５の平面寸法に基づいて決定することができ、より小型化を図ることができる。

本発明の発振器１は、上述したようにＩＣ素子３と振動子２とが直接接着されているので、ＩＣ素子３から発生した熱が振動子２に直接伝達される。これにより、振動子２の温度をＩＣ素子３の温度と、より短時間でより良好に均衡させることができ、発振器１の周波数ドリフト特性が向上する。ここで、周波数ドリフト特性とは、振動子２が電源投入により静止状態から安定した発振状態に移行するまでの周波数変化を言う。より短時間で発振周波数が安定するほど、周波数ドリフト特性は良好である。

図２は、図１に示す本発明の発振器１について測定した周波数ドリフト特性を示している。同図の縦軸は周波数、横軸は電源投入後の時間（秒）である。比較のため、発振器１とは異なる従来の一般的な構造を有する２つの発振器について、周波数ドリフト特性を測定した。比較例１は、振動子とＩＣ素子とを共通のセラミックパッケージ内にフリップチップボンディングにより実装した発振器である。比較例２は、振動子とＩＣ素子とを共通のリードフレームの各面に実装して全体を樹脂モールドした発振器である。同図に示すように、本発明の発振器１は、振動子２の動作が比較例１，２の発振器よりも早く立ち上がりかつ安定し、優れた周波数ドリフト特性を発揮することが分かる。

本発明の発振器１は、次のような工程に従って、少ない工数で簡単に製造することができる。シート状のリードフレームの一方の面をハーフエッチングして凹部９を加工する。これにより、凹部９内に薄肉のインナーリード部１０を、該凹部の外側に元の厚さのアウターリード部１１を有する枠付きのリードフレーム４が形成される。

振動子２をリードフレーム４の凹部９とは反対側の面に、リッド８を外側にして非導電性の接着剤で接着する。振動子２のパッケージ底面６ａにＩＣ素子３を、前記電極パッド側の面を外側にして非導電性の接着剤で接着する。このとき、ＩＣ素子３は平面的に４つのインナーリード部１０間の隙間に収まるように配置する。

次に、ＩＣ素子３の各電極パッド１２ａ，１２ｂをそれぞれ対応する振動子２の接続電極１３及び凹部９内のインナーリード部１０とワイヤーボンディングする。このとき、ボンディングワイヤー１４は、リードフレーム４の厚さの範囲内に収まるように結線することが好ましい。次に、アウターリード部１１の下面及び振動子２のリッド８上面が露出するように、全体をモールド樹脂で封止する。最後に、リードフレーム４をその枠から切断して個片化すると、図１の発振器１が得られる。

本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、振動子２には、厚み滑り振動モード以外に、音叉型振動片又はＳＡＷ素子を備えた圧電デバイスや、圧電振動子以外の公知の様々な構造のものを用いることができる。

１…発振器、２…振動子、３…半導体集積回路（ＩＣ）素子、４…リードフレーム、５…圧電振動片、６…パッケージ、６ａ…底面、７…ベース、８…リッド、９…凹部、１０…インナーリード部、１１…アウターリード部、１２ａ，１２ｂ…電極パッド、１３…接続電極、１４…ボンディングワイヤー、１５，１６…モールド樹脂。

Claims (6)

1. 振動片をパッケージ内に搭載した振動子と、
   発振回路を有する発振回路素子と、
   前記発振回路素子に電気的に接続するための複数のインナーリード部と、外部に接続するための複数のアウターリード部とを有するリードフレームとを備え、
   前記リードフレームがその一方の面に凹部を有し、前記凹部内のリードフレーム部分が前記インナーリード部を構成し、前記インナーリード部よりも厚いリードフレーム部分が前記アウターリード部を構成し、
   前記発振回路素子がその上面で前記振動子の下面に接着され、
   前記振動子が、前記発振回路素子を前記リードフレーム側にかつ平面的に前記複数のインナーリード部の間に画定される空間内に配置して、前記下面において前記リードフレームの他方の面に接着されていることを特徴とする発振器。
2. 前記発振回路素子が、前記リードフレームの前記インナーリード部にボンディングワイヤーにより電気的に接続され、かつ前記振動子の下面に前記インナーリード部の間を通して別のボンディングワイヤーにより電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の発振器。
3. 前記振動子の上面及び前記アウターリード部の下面を露出させて、樹脂封止されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発振器。
4. 前記発振回路素子と前記振動子及び前記インナーリードとを接続している前記ボンディングワイヤーが、前記リードフレームの厚さの範囲内に収まるように配線されていることを特徴とする請求項２又は３記載の発振器。
5. 一方の面に凹部が設けられ、前記凹部内の複数のインナーリード部と、前記インナーリード部よりも厚い複数のアウターリード部とを有するリードフレームを準備し、
   振動片をパッケージ内に搭載した振動子をその下面で前記リードフレームの前記凹部とは反対側の面に接着し、
   前記振動子の発振回路を有する発振回路素子を、平面的に前記複数のインナーリード部の間に画定される空間内に配置しつつ、前記振動子の下面に接着し、
   前記発振回路素子の複数の電極をそれぞれ対応する前記振動子下面の接続電極及び前記複数のインナーリード部とワイヤーボンディングにより接続し、
   前記アウターリード部の表面を露出させつつ、モールド樹脂で封止することを特徴とする発振器の製造方法。
6. 更に前記振動子の上面を露出させつつ、全体をモールド樹脂で封止することを特徴とする請求項５記載の発振器の製造方法。

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