JP2000134058A - Piezo-oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はパッケージ内に水晶
振動子と回路部品を搭載した圧電発振器に関し、詳細に
は低背化、構造の単純化、及び製造工程の簡略化を実現
できる圧電発振器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric oscillator having a crystal resonator and circuit components mounted in a package, and more particularly, to a piezoelectric oscillator capable of realizing a low profile, a simple structure, and a simple manufacturing process. .
【0002】[0002]
【従来の技術】水晶振動素子等の圧電振動素子をパッケ
ージ内に気密封止した構造の圧電デバイスは、携帯電
話、ページャ等の通信機器や、コンピュータ等の電子機
器等に於いて、基準周波数発生源、フィルタ等として使
用されている。また、圧電デバイスとしての発振器は、
例えばセラミック等からなるパッケージ本体の上面に形
成された凹陥部内に、圧電振動子と回路素子を収納した
状態で凹陥部開口を金属蓋により気密封止した構成を備
えている。図3はこのような従来の圧電発振器としての
水晶発振器の構造を示す縦断面図である。この圧電発振
器は、セラミックから成るパッケージ本体1の上面に形
成した凹陥部2内に段差3を備え、段差3上に水晶振動
子4を固定すると共に、内底面5上の配線パターン上に
回路部品6を搭載している。更に、パッケージ本体1の
外枠上面7に設けたシームリング8を利用して金属蓋9
を溶着している。水晶振動子4は、内パッケージ11の
凹陥部12内の段差13上に導電性接着剤14を介して
水晶振動素子15を片持ち状態で支持する一方で、内パ
ッケージ11の外枠上面に金属蓋16をかぶせた状態で
溶着した構成を備えている。このタイプの圧電発振器
は、清浄な環境下で密封して完成された状態にある水晶
振動子4をパッケージ本体1内に組み込めば良いため、
水晶振動素子に埃等の微細なゴミが付着するといった不
良による異常発振が起きにくいという利点を有する。ま
た、水晶振動素子のエージング特性を安定化すると共に
エージング不良を発見するため長時間高温環境に放置す
るアニーリング工程を水晶振動子4単体について実施し
た上でパッケージ本体1に組み込むのが一般的である。
しかし、二つの金属蓋9、16を用いたダブルシール構
造であるため、コストアップするという欠点を有する。
また、パッケージ本体内に水晶振動子4を収納する構造
である為にパッケージの全高が増大するという欠点を有
する。2. Description of the Related Art A piezoelectric device having a structure in which a piezoelectric vibrating element such as a quartz vibrating element is hermetically sealed in a package is used to generate a reference frequency in communication equipment such as a mobile phone and a pager, and electronic equipment such as a computer. It is used as a source, filter, etc. Also, the oscillator as a piezoelectric device is
For example, a configuration is provided in which a recess opening is hermetically sealed with a metal lid in a state in which a piezoelectric vibrator and a circuit element are housed in a recess formed on the upper surface of a package body made of ceramic or the like. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of such a conventional crystal oscillator as a piezoelectric oscillator. This piezoelectric oscillator has a step 3 in a concave portion 2 formed on the upper surface of a package body 1 made of ceramic, fixes a quartz oscillator 4 on the step 3 and a circuit component on a wiring pattern on an inner bottom surface 5. 6 is installed. Further, a metal cover 9 is provided using a seam ring 8 provided on an upper surface 7 of an outer frame of the package body 1.
Is welded. The crystal unit 4 supports the crystal unit 15 in a cantilevered state via a conductive adhesive 14 on a step 13 in a recess 12 of the inner package 11, while holding a metal on the outer frame upper surface of the inner package 11. It has a configuration in which it is welded with the lid 16 covered. In this type of piezoelectric oscillator, it is only necessary to incorporate the crystal unit 4 which is sealed and completed in a clean environment into the package body 1.
There is an advantage that abnormal oscillation due to a defect such as minute dust such as dust adhering to the crystal resonator element is unlikely to occur. In general, an annealing step of leaving the crystal resonator 4 in a high-temperature environment for a long time in order to stabilize the aging characteristics of the crystal resonator and find an aging defect is performed on the crystal resonator 4 alone and then incorporated into the package body 1. .
However, because of the double seal structure using the two metal lids 9 and 16, there is a disadvantage that the cost is increased.
Further, since the structure is such that the crystal unit 4 is housed in the package body, there is a disadvantage that the overall height of the package increases.
【0003】次に、図4に示した圧電発振器は、底面5
上に回路部品6を搭載した後にパッケージ本体1内の段
差3上に導電性接着剤等20を介して水晶振動素子21
を片持ち状態で支持し、封止手段としては一枚の金属蓋
9のみを使用するシングルシールタイプである。このタ
イプにあっては、水晶振動素子21を収容する内パッケ
ージを必要としない分だけ圧電発振器の低背化が可能で
あり、シングルシール構造である為に低コスト化の実現
が可能である。しかし、水晶振動素子21の他に回路部
品6がパッケージ本体内に収納されているため、水晶振
動素子21に対するアニーリングを実施しようとすれ
ば、回路部品6も高温にさらされることになるため、ア
ニーリングの実施が不可能となり、発振器のエージング
特性が悪化するという欠点を有する。また、水晶振動素
子21としてATカット水晶素板を用いた場合には電極
21b,12cを含めた素板21aの板厚が振動周波数
と深く関わることになる。水晶振動素子21の周波数を
調整する際には、予め素板21aの板厚を目標周波数の
振動を得る為の板厚よりも薄めに設定しておき、電極膜
となる金属の蒸着量を微調整しながら目標周波数に近づ
けて行く作業が行われる。即ち、図4において、金属蓋
9をかぶせる前の状態にある水晶発振器内の水晶振動素
子21の周波数を測定しておき、測定された周波数が高
い方にずれている場合にはこの発振器を蒸着槽内に入れ
て凹陥部2の開口側から水晶振動素子21の上面の電極
21b上に金属を付加する。この作業は周波数をモニタ
ーしながら行われ、最適な周波数の値に達した時点で蒸
着を終了する。このような蒸着作業は、ピンポイントで
行う必要がある為に、精度の高い微小なマスクを用いる
必要があるが、実際には極めて困難な作業であり、蒸着
金属の一部が水晶振動素子の下側に回って、回路部品や
内底面のパターンに付着し、不良品となる虞れが高くな
る。更に、水晶振動子は封止する前に洗浄液を用いてパ
ッケージ本体内部を洗浄する必要があるが、凹陥部内に
残留する微細な塵埃を除去するに足る勢いにより洗浄液
を流入させると、回路部品を配線パターンと接続するボ
ンディングワイヤが切断する等の不具合をもたらす。Next, the piezoelectric oscillator shown in FIG.
After the circuit component 6 is mounted thereon, the crystal vibrating element 21 is placed on the step 3 in the package body 1 via the conductive adhesive 20 or the like.
Is a single seal type in which only one metal lid 9 is used as a sealing means. In this type, the height of the piezoelectric oscillator can be reduced by an amount that does not require an inner package for accommodating the crystal resonator element 21, and the cost can be reduced because of the single seal structure. However, since the circuit component 6 is housed in the package body in addition to the crystal resonator element 21, if the annealing is performed on the crystal resonator element 21, the circuit component 6 is also exposed to a high temperature. Cannot be performed, and the aging characteristic of the oscillator deteriorates. When an AT-cut quartz plate is used as the quartz vibrating element 21, the plate thickness of the plate 21a including the electrodes 21b and 12c is closely related to the vibration frequency. When adjusting the frequency of the crystal vibrating element 21, the thickness of the base plate 21a is set in advance to be smaller than the thickness for obtaining vibration of the target frequency, and the amount of metal to be an electrode film is reduced. An operation of approaching the target frequency while adjusting is performed. That is, in FIG. 4, the frequency of the crystal vibrating element 21 in the crystal oscillator in a state before the metal cover 9 is covered is measured in advance, and when the measured frequency is shifted to the higher side, this oscillator is vapor-deposited. A metal is added to the electrode 21b on the upper surface of the quartz-crystal vibrating element 21 from the opening side of the concave portion 2 by being put in the tank. This operation is performed while monitoring the frequency. When the optimum frequency value is reached, the deposition is terminated. Since such a vapor deposition operation needs to be performed in a pinpoint manner, it is necessary to use a high-precision fine mask. It turns to the lower side and adheres to the circuit components and the pattern on the inner bottom surface, so that there is a high possibility of becoming a defective product. Further, it is necessary to clean the inside of the package body using a cleaning liquid before sealing the crystal unit.However, if the cleaning liquid is caused to flow in with sufficient force to remove fine dust remaining in the recessed portion, the circuit components are removed. This causes problems such as cutting of the bonding wire connected to the wiring pattern.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、パッケージ本体内に気密封止していない状
態の水晶振動素子と回路部品を共に収納した状態でパッ
ケージ本体を金属蓋により気密封止した構造の圧電発振
器において、パッケージ本体の低背化と、低コスト化を
図りながら、水晶振動素子に対するアニーリング工程、
洗浄工程、周波数微調整の為の金属膜蒸着工程を実施す
ることを可能にした圧電発振器を提供することにある。
即ち、パッケージ本体の凹陥部内段差上に水晶振動子パ
ッケージを搭載すると共に内底面に回路部品を搭載した
構造の水晶発振器にあっては、高背化、ダブルシール構
造による高コスト化等という不具合があるため、パッケ
ージ本体の凹陥部内段差上に水晶振動素子を直接搭載す
ると共に内底面に回路部品を搭載することにより低背
化、低コスト化を図ったシングルシールタイプが提案さ
れているが、従来のシングルシールタイプの発振器にあ
っては水晶振動素子の洗浄やアニーリングが不可能であ
る為、特性の安定化が難しいという欠点があった。ま
た、水晶振動素子の上面に金属を蒸着しながら行う周波
数の微調整が困難である等問題もあった。本発明は、パ
ッケージ本体の凹陥部内段差上に、水晶振動素子を搭載
した未封止状態の内パッケージを固定した状態で、パッ
ケージ本体の外枠上面に金属蓋を気密的に固着すること
により、シングルシール構造による低背化を図ると共
に、水晶振動子の洗浄、アニーリング、金属蒸着による
周波数微調整の実施を可能とした圧電発振器を提供する
ものである。The problem to be solved by the present invention is that the package body is sealed with a metal cover in a state where the crystal unit and the circuit components which are not hermetically sealed are housed together in the package body. In a piezoelectric oscillator with a hermetically sealed structure, an annealing process for the crystal vibrating element, while reducing the height of the package body and reducing the cost,
It is an object of the present invention to provide a piezoelectric oscillator capable of performing a cleaning step and a metal film deposition step for fine frequency adjustment.
That is, the crystal oscillator package with the crystal resonator package mounted on the step inside the recessed part of the package body and the circuit components mounted on the inner bottom face has disadvantages such as an increase in height and an increase in cost due to the double seal structure. Because of this, a single-seal type has been proposed, in which a quartz resonator element is directly mounted on the step inside the recessed part of the package body and circuit components are mounted on the inner bottom surface to reduce the height and cost. In the single seal type oscillator described above, it is impossible to clean and anneal the crystal vibrating element, so that there is a disadvantage that it is difficult to stabilize characteristics. Further, there is another problem that it is difficult to finely adjust the frequency while depositing a metal on the upper surface of the crystal resonator. According to the present invention, a metal lid is hermetically fixed to an upper surface of an outer frame of a package body in a state where an unsealed inner package on which a crystal resonator element is mounted is fixed on a step inside the concave portion of the package body. An object of the present invention is to provide a piezoelectric oscillator capable of reducing the height by a single seal structure and performing fine adjustment of frequency by cleaning, annealing, and metal deposition of a quartz oscillator.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1の発明は、上面に凹陥部を有したパッケー
ジ本体と、該凹陥部内底面の配線パターン上に搭載した
回路部品と、該凹陥部の内底面よりも高い位置に形成し
た段差上に搭載した内パッケージと、該内パッケージ上
の凹陥部内に搭載した圧電振動子と、パッケージ本体の
外枠上面に固着されて凹陥部を封止する金属蓋と、を備
えたことを特徴とする。請求項2の発明は、上記内パッ
ケージの外枠の高さを、少なくとも水晶振動素子の上面
と同等の高さまで減縮したことを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention provides a package body having a concave portion on an upper surface, a circuit component mounted on a wiring pattern on the inner bottom surface of the concave portion, and An inner package mounted on a step formed at a position higher than the inner bottom surface of the recess; a piezoelectric vibrator mounted in the recess on the inner package; and a seal fixed to the upper surface of the outer frame of the package body to seal the recess. And a metal lid for stopping. The invention according to claim 2 is characterized in that the height of the outer frame of the inner package is reduced to at least the same height as the upper surface of the crystal resonator element.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した形態
例により詳細に説明する。図1(a) 及び(b) は本発明の
圧電発振器の一形態例としての水晶発振器のパッケージ
構造を示す断面図、及び分解図である。この水晶発振器
は、セラミックから成るパッケージ本体31の上面に形
成した凹陥部32内に段差33を備え、段差33上に内
パッケージ34を固定すると共に、内底面35上の配線
パターン上に回路部品36を搭載している。更に、パッ
ケージ本体31の外枠上面37に設けたシームリング3
8を利用して金属蓋39を溶着している。内パッケージ
34上には、導電性接着剤等のバインダ40により水晶
振動素子41が片持ち支持されている。この形態例で
は、内パッケージ34は単なる台座として機能してお
り、その上面は封止しないで開放したままである。な
お、ここで水晶振動素子とは、水晶素板上に励振電極及
びリード電極用の金属膜を蒸着形成したものを指称す
る。この水晶発振器の組付けにおいては、(b) に示すよ
うに、予め水晶振動素子41を組み付けた状態の内パッ
ケージ34を凹陥部内段差33上に接着固定した後で、
パッケージ本体の外枠上面37に対して金属蓋39を気
密固定する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to embodiments shown in the drawings. 1A and 1B are a cross-sectional view and an exploded view showing a package structure of a crystal oscillator as one embodiment of the piezoelectric oscillator of the present invention. This crystal oscillator has a step 33 in a concave portion 32 formed on the upper surface of a package body 31 made of ceramic, and fixes an inner package 34 on the step 33 and a circuit component 36 on a wiring pattern on an inner bottom surface 35. It is equipped with. Furthermore, the seam ring 3 provided on the outer frame upper surface 37 of the package body 31
The metal lid 39 is welded by using the reference numeral 8. A quartz resonator element 41 is cantilevered on the inner package 34 by a binder 40 such as a conductive adhesive. In this embodiment, the inner package 34 functions simply as a pedestal, and its upper surface is left open without being sealed. Here, the crystal vibrating element refers to an element in which a metal film for an excitation electrode and a lead electrode is formed by vapor deposition on a quartz crystal plate. In the assembly of this crystal oscillator, as shown in (b), after the inner package 34 with the crystal vibrating element 41 previously assembled is bonded and fixed on the recess inner step 33,
A metal lid 39 is hermetically fixed to the outer frame upper surface 37 of the package body.
【0007】このようにして得られた水晶発振器は、シ
ングルシール構造であるため、低コストであり、しかも
内パッケージ34に金属蓋がない分だけ、パッケージ本
体31の高さを低くすることができる。また、封止工程
が一回で済む為、製造工程が簡略化し、生産性の向上に
よるコストダウンを図ることができる。また、内パッケ
ージ上に搭載した水晶振動素子41に対する洗浄、アニ
ーリング、及び金属膜蒸着による周波数調整作業につい
ては、パッケージ本体31に対して組み付ける前の段階
で実施することができるため、凹陥部内底面に搭載した
回路部品36に対する悪影響等の不具合を伴うことな
く、洗浄による異物の除去、アニーリングによるエージ
ング特性の安定化、更には金属膜蒸着による周波数の調
整を事前に完全に完了しておくことができる。そして、
これらの処理を受けた水晶振動素子を搭載した内パッケ
ージ34をパッケージ本体内に組み付けてから金属蓋3
9にて封止することにより完成するので、各種特性が安
定し、良品率の極めて高い圧電発振器を得ることができ
る。次に、図2は本発明の他の形態例の水晶発振器の断
面図であり、この形態例の特徴は、図1(a) に示した内
パッケージ34の外枠34aを点線で示す位置から除去
することにより内パッケージ34の上方への余分な突出
長を減縮した点にある。即ち、図1の形態例によれば、
確かに金属蓋をなくした分だけパッケージ本体31の外
枠の高さを減縮できるが、水晶振動素子41の上面より
も更に上方に突出する内パッケージの外枠34aが更な
る低背化に対する障害となっていることが明らかであ
る。そこで、図2の形態例では、内パッケージ34の外
枠34aの高さを、少なくとも水晶振動素子41の上面
と同等か、それ以下に減縮することにより、パッケージ
本体31側の外枠高さの減縮を可能とした。The thus obtained crystal oscillator has a single-sealed structure, so it is low in cost, and the height of the package body 31 can be reduced by the amount that the inner package 34 has no metal cover. . In addition, since only one sealing process is required, the manufacturing process can be simplified, and cost can be reduced by improving productivity. Further, the frequency adjustment work by cleaning, annealing, and metal film deposition for the crystal resonator element 41 mounted on the inner package can be performed at a stage before assembling to the package main body 31. Removal of foreign matter by cleaning, stabilization of aging characteristics by annealing, and adjustment of frequency by deposition of a metal film can be completely completed in advance without causing problems such as adverse effects on the mounted circuit components 36. . And
After assembling the inner package 34 on which the crystal vibrating element subjected to these processes is mounted in the package body, the metal cover 3
Since the sealing is completed by sealing at 9, various characteristics are stabilized, and a piezoelectric oscillator with an extremely high yield can be obtained. FIG. 2 is a cross-sectional view of a crystal oscillator according to another embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that the outer frame 34a of the inner package 34 shown in FIG. The point is that the extra length of the protrusion above the inner package 34 is reduced by the removal. That is, according to the embodiment of FIG.
Although the height of the outer frame of the package main body 31 can be reduced by the amount corresponding to the elimination of the metal lid, the outer frame 34a of the inner package projecting further above the upper surface of the crystal resonator element 41 is an obstacle to further lowering the height. It is clear that Therefore, in the embodiment shown in FIG. 2, the height of the outer frame 34a of the inner package 34 is reduced to be at least equal to or less than the upper surface of the crystal resonator element 41, so that the outer frame height on the package body 31 side is reduced. Reduction was made possible.
【0008】[0008]
【発明の効果】以上のように本発明の圧電発振器にあっ
ては、パッケージ本体の凹陥部内の段差上に支持した内
パッケージ上に水晶振動素子を支持する際に、内パッケ
ージを封止せずに水晶振動素子を露出状態にした上で、
パッケージ本体の凹陥部を封止すると共に、予め内パッ
ケージ上に水晶振動素子を搭載した状態で、該内パッケ
ージを凹陥部内段差上に固定することとしたので、水晶
振動素子に対する洗浄、アニーリング、金属の蒸着によ
る周波数調整作業を夫々事前に行うことが可能でとな
り、完成品としての発振器の各種特性を安定させること
ができる。また、シングルシール構造とすることによ
り、使用しない金属蓋の肉厚分だけパッケージ本体の高
さを減縮することができる。更に、内パッケージの外枠
の高さを減縮することにより、パッケージ本体の高さを
更に低背化することができる。As described above, in the piezoelectric oscillator according to the present invention, when the crystal resonator element is supported on the inner package supported on the step in the recess of the package body, the inner package is not sealed. After exposing the crystal unit,
In addition to sealing the concave portion of the package body and fixing the inner package on the inner step of the concave portion with the crystal resonator mounted on the inner package in advance, cleaning, annealing, metal It is possible to perform the frequency adjustment operation by vapor deposition in advance, and to stabilize various characteristics of the oscillator as a finished product. Further, by employing a single seal structure, the height of the package body can be reduced by the thickness of the unused metal lid. Furthermore, by reducing the height of the outer frame of the inner package, the height of the package body can be further reduced.
【図1】(a) 及び(b) は本発明の一形態例の圧電発振器
の縦断面図、及び分解図。FIGS. 1A and 1B are a longitudinal sectional view and an exploded view of a piezoelectric oscillator according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の他の形態例の圧電発振器の縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a piezoelectric oscillator according to another embodiment of the present invention.
【図3】従来のダブルシール構造の圧電発振器の構成を
示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional piezoelectric oscillator having a double seal structure.
【図4】従来のシングルシール構造の圧電発振器の構成
を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional piezoelectric oscillator having a single seal structure.
【符号の説明】 31 パッケージ本体、32 凹陥部、33 段差、3
4 内パッケージ、34a 外枠、35 内底面、36
回路部品、37 外枠上面、38 シームリング、3
9 金属蓋、40 バインダ、41 水晶振動素子。[Description of Signs] 31 Package body, 32 Depressed part, 33 Step, 3
4 inner package, 34a outer frame, 35 inner bottom surface, 36
Circuit parts, 37 Outer frame upper surface, 38 Seam ring, 3
9 Metal lid, 40 binder, 41 quartz resonator.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J079 AA04 BA44 HA07 HA28 KA05 5J108 AA02 BB02 CC04 EE03 EE04 EE07 EE18 GG03 GG13 GG15 GG16 HH04 JJ04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5J079 AA04 BA44 HA07 HA28 KA05 5J108 AA02 BB02 CC04 EE03 EE04 EE07 EE18 GG03 GG13 GG15 GG16 HH04 JJ04
Claims (2)
と、該凹陥部内底面の配線パターン上に搭載した回路部
品と、該凹陥部の内底面よりも高い位置に形成した段差
上に搭載した内パッケージと、該内パッケージ上の凹陥
部内に搭載した圧電振動子と、パッケージ本体の外枠上
面に固着されて凹陥部を封止する金属蓋と、を備えたこ
とを特徴とする圧電発振器。1. A package body having a concave portion on an upper surface, a circuit component mounted on a wiring pattern on an inner bottom surface of the concave portion, and a package component mounted on a step formed at a position higher than the inner bottom surface of the concave portion. A piezoelectric oscillator comprising: a package; a piezoelectric vibrator mounted in a recess on the inner package; and a metal lid fixed to an upper surface of an outer frame of the package body to seal the recess.
くとも水晶振動素子の上面と同等の高さまで減縮したこ
とを特徴とする請求項1記載の圧電発振器。2. The piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein the height of the outer frame of the inner package is reduced to at least the same height as the upper surface of the crystal resonator.
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