JP2003318653A - 圧電振動デバイス - Google Patents

圧電振動デバイス

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JP2003318653A
JP2003318653A JP2002121998A JP2002121998A JP2003318653A JP 2003318653 A JP2003318653 A JP 2003318653A JP 2002121998 A JP2002121998 A JP 2002121998A JP 2002121998 A JP2002121998 A JP 2002121998A JP 2003318653 A JP2003318653 A JP 2003318653A
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connection terminals
vibrating device
piezoelectric
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JP2002121998A
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Masaki Yamashita
雅樹 山下
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Daishinku Corp
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Daishinku Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージの裏面にICを取り付けて構成さ
れる圧電振動デバイスに対し、これまで必要としていた
台座を廃し、これによって、圧電振動デバイス全体とし
ての部品点数を削減して構成の簡素化を図り、且つパッ
ケージに対する接続端子の接続強度も十分に確保するこ
とが可能な構成を提供する。 【解決手段】 セラミックパッケージ10の裏面10a
にIC41を取り付け、半田ボール61により構成され
る外部接続端子60の上記裏面10aからの突出寸法を
IC41の高さ寸法よりも大きく設定する。これによ
り、セラミックパッケージ10の裏面10aと実装基板
との間に得られた空間にIC41が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話等の通信
機器や電子機器に用いられる表面実装型水晶発振器に代
表される圧電振動デバイスに係る。特に、本発明は、圧
電振動デバイスの構成の簡素化を図るための対策に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、モバイルコンピュータ等の情報機
器や、携帯電話、自動車電話、ページングシステム等の
移動体通信機器にあっては、装置の小型化が急速に進ん
でいる。このため、これらに用いられる水晶発振器など
の電子部品にも更なる小型化が要求されている。
【0003】この種の水晶発振器に備えられる水晶振動
子の構成としては、例えば特開平6−90135号公報
に開示されているように、上部が開放された容器状のセ
ラミックベースと、このセラミックベース内に導電性接
着剤等により保持された圧電素子(水晶振動板)と、こ
の圧電素子を覆って振動子内部空間を密閉するようにセ
ラミックベース上縁部に接合されたフタ(キャップ)と
を備えている。
【0004】従来、この種の水晶振動子にあっては、機
能付加のための周辺回路部品が実装基板上に隣接して配
置されていた。つまり、水晶振動子、帰還増幅器、電圧
制御回路を構成する各回路素子を一つの実装基板上に平
面的に配置することにより多機能の水晶発振器が構成さ
れるようになっていた。
【0005】そして、近年の電子部品に対する小型化の
要請で、実装基板への各素子の実装はより高密度に、よ
り集積化した方向に進んでおり、また、水晶振動子自体
の小型化も進んでいる。しかしながら、上述のような平
面搭載の場合、実装面積の縮小化には限界があった。
【0006】この課題を解決するために、例えば特開2
000−124738号公報に開示されているように、
パッケージの裏面(上記セラミックベースの裏面)に回
路素子(IC)を取り付ける構成が提案されている。こ
れにより、帰還増幅器、電圧制御回路を構成する回路素
子を、水晶振動子とは個別に基板上に配置する必要がな
くなり、これら各素子を一体化することで水晶発振器の
小型化を図ることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各素子
を一体化する上記公報に開示されている構成では、水晶
振動子の下部に、回路素子を収容するための収納部を備
えた台座を取り付け、この台座に外部接続端子を形成し
ておいて、水晶発振器の各端子を台座を介して実装基板
上の回路に接続する構成を採用する必要があった。この
ため、水晶発振器全体としての部品点数を多く要し、構
成の簡素化を図るには限界があった。
【0008】また、従来の水晶振動子の構成において、
その下部に形成されている各外部接続端子を上記台座を
用いることなしに実装基板上の回路に接続しようとした
場合、回路素子の取付面を水晶振動子の上面や側面に設
定する必要があり、この回路素子を保護するための手段
が個別に必要になって水晶発振器の作製作業の煩雑化を
招いてしまうため好ましくない。
【0009】更には、水晶発振器の多機能化を図るべく
外部接続端子の個数を増大させようとしたり、水晶発振
器の更なる小型化を図ろうとする場合の課題として、外
部接続端子の1個当たりに確保できる面積が小さくなっ
てしまうため、パッケージに対する接続端子の接続強度
を十分に確保することが困難になってしまうといったこ
とが掲げられる。
【0010】以上の各課題は、電圧制御型水晶発振器の
みならず、温度補償型水晶発振器等の他の圧電発振器、
またフィルタマッチング回路が一体化された水晶フィル
タ等の他の圧電振動デバイスにおいても同様に生じるも
のである。
【0011】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、パッケージの裏面に
回路素子を取り付けて構成される圧電振動デバイスに対
し、これまで必要としていた台座を廃し、これによっ
て、圧電振動デバイス全体としての部品点数を削減して
構成の簡素化を図り、且つパッケージに対する接続端子
の接続強度も十分に確保することが可能な構成を提供す
ることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】−発明の概要− 上記の目的を達成するために、本発明は、圧電振動デバ
イスのパッケージ外面に形成される外部接続端子を改良
し、圧電振動デバイスが実装基板に搭載された際には、
この圧電振動デバイスのパッケージ外面と実装基板との
間に得られた空間にIC等の回路素子が配置されるよう
にしている。
【0013】−解決手段− 具体的には、パッケージ内部に圧電素子が収納され、パ
ッケージ外面に複数の外部接続端子が形成された圧電振
動デバイスを前提とする。この圧電振動デバイスに対
し、パッケージ外面のうち上記外部接続端子が形成され
ている面に少なくとも一つの回路素子を取り付け、上記
外部接続端子のパッケージ外面からの突出寸法を回路素
子の高さ寸法よりも大きく設定している。
【0014】また、他の特定事項として、外部接続端子
が形成されているパッケージ外面に、少なくとも一つの
回路素子を取り付けるための素子取付領域と、この素子
取付領域を挟んで両側に位置する端子形成領域とを備え
させる。そして、端子形成領域に形成される外部接続端
子の突出高さ寸法を回路素子の高さ寸法よりも大きく設
定することにより、これら外部接続端子同士の間に所定
高さ寸法の素子収容空間を形成している。
【0015】これらの特定事項により、圧電振動デバイ
スが実装基板に搭載された状態では、この圧電振動デバ
イスのパッケージ外面と実装基板との間に、回路素子の
高さ寸法よりも大きな高さ寸法を有する空間が形成され
ることになる。このため、外部接続端子が形成されてい
るパッケージ外面に回路素子を予め取り付けておき、こ
れを実装基板に搭載すれば、上記空間に回路素子が配置
された状態で、実装基板に圧電振動デバイスが搭載され
る。その結果、圧電振動デバイスのパッケージ外面が外
部接続端子を介して直接的に実装基板に取り付けられる
ため、従来技術において必要であった台座が必要無くな
り、圧電振動デバイス全体としての部品点数を削減でき
る。また、圧電振動デバイスが実装された状態では回路
素子がパッケージと実装基板との間に位置することで外
部から保護されることになり、個別の保護手段は必要な
い。更に、水晶発振器の多機能化を図るべく外部接続端
子の個数を増大させようとしたり、水晶発振器の更なる
小型化を図ろうとする場合において、外部接続端子の1
個当たりに確保できる面積が小さくなったとしても、複
数個の外部接続端子の存在によってパッケージに対する
接続強度が十分に確保されている。
【0016】外部接続端子の具体構成として導体ボール
を使用している。具体的には半田材料によって構成され
る半田ボールを使用している。この種の導体ボールは、
外部接続端子の形成スペースが比較的狭い場合であって
もパッケージに対する接続強度を十分に確保できる。こ
のため、水晶発振器の多機能化を図るべく、限られたス
ペース内に多数の外部接続端子を形成する場合に好適で
ある。
【0017】また、圧電振動デバイスの検査の作業性を
考慮した電極構造として以下のものが掲げられる。つま
り、外部接続端子が形成されているパッケージ外面に、
回路素子の電極が接続する電極パッド及び圧電素子上に
形成されている電極に繋がる導出電極をそれぞれ形成す
る。そして、上記導出電極のパッケージ外面からの突出
寸法を、電極パッドの高さ寸法よりも大きく設定する。
これにより、回路素子をパッケージ外面に取り付ける前
の圧電振動デバイスの検査時にあっては、検査装置の電
極上に圧電振動デバイスを載置することで導出電極のみ
を検査装置の電極に接触させることが可能になる。この
ため、圧電振動デバイスの検査時の作業性を向上でき
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本形態では、表面実装型の温度補
償型水晶発振器に本発明を適用した場合について説明す
る。
【0019】図1は本実施形態に係る水晶発振器の分解
斜視図であり、図2は水晶発振器の底面図である。これ
ら図に示すように、本温度補償型水晶発振器は、チップ
型の水晶振動子1と、この水晶振動子1の裏面の中央部
分(本発明でいう素子取付領域)に取り付けられる回路
素子としてのIC41とを備えた構成となっている。
【0020】水晶振動子1は、セラミックパッケージ1
0と、このセラミックパッケージ10の中に収納される
圧電素子としての水晶振動板3と、セラミックパッケー
ジ10の内部を気密封止するフタ2とを備えている。セ
ラミックパッケージ10は、アルミナ等のセラミックス
からなり、上部が開口した直方体形状であって、開口縁
部の全周囲に亘ってタングステン、ニッケル等からなる
金属層11がメタライズ技術、メッキ技術を用いて形成
されている。尚、この金属層11に代えてコバール材等
の金属リングを用いてもよい。また、このセラミックパ
ッケージ10の内部には水晶振動板3を電気的且つ機械
的に接合する支持電極12,13が形成されており、こ
れら各支持電極12,13は周知のセラミック積層技術
を用いた内部配線を介してセラミックパッケージ10の
裏面10aの導出電極14,15に引き出されている。
この導出電極14,15の詳細構成については後述す
る。尚、本形態の水晶振動子1は、直方体形状であっ
て、長辺側寸法が5.0mm、短辺側寸法が3.2mm、高
さ寸法が0.75mmとなっている。水晶振動子1の形状
及び各部の寸法はこれに限るものではない。
【0021】また、セラミックパッケージ10の裏面1
0aには、IC41の各電極パッド42,42,…(図
1参照)に対応した位置に複数の電極パッド50,5
0,…が形成されている。これら各電極パッド50,5
0,…は、IC41が取り付けられた状態ではこのIC
41によって覆い隠されるため、図2では点線で示して
いる。これら電極パッド50,50,…にはIC41上
の各電極パッド42,42,…が接続されるとともに、
水晶振動子1の長手方向両側に引き出された外部接続端
子60,60,…が電気的に接続されている。この外部
接続端子60及びその周辺の詳細構成については後述す
る。なお、上記IC41には、帰還増幅器の他に温度補
償回路の一部を構成する回路素子が形成されている。
【0022】水晶振動板3は矩形状のATカット水晶板
であり、表裏面に励振電極31(裏面側の励振電極は図
示せず)が形成され、それぞれ支持電極12,13に導
電性接合材(図示せず)により接続されるよう一端部に
引き出されている。
【0023】フタ2は金属板あるいはセラミック板等か
らなり、上記金属層11に対応して、ニッケル等からな
る金属層21が形成されている。セラミックパッケージ
10とフタ2は不活性ガス雰囲気中あるいは減圧雰囲気
中で溶接接合される。接合方法は周知のシーム溶接、レ
ーザー溶接、電子ビーム溶接等を用いることができる。
また、フタ2がセラミック板の場合にはガラス封止や樹
脂封止による接合方法が採用される。
【0024】次に、本形態の特徴部分である上記導出電
極14,15及び外部接続端子60の構成について説明
する。図3は、水晶発振器の作製工程においてセラミッ
クパッケージ10の裏面10aに複数の電極パッド5
0,50,…及び導出電極14,15が形成された状態
を示す断面図である。図4は、セラミックパッケージ1
0の裏面10aにIC41が取り付けられ且つ所定位置
に外部接続端子60が形成された状態を示す断面図であ
る。
【0025】これら図に示すように、セラミックパッケ
ージ10の裏面10aに形成される複数の電極パッド5
0,50,…は、IC41上の各電極パッド42,4
2,…の形成位置に対応してそれぞれ形成されている。
【0026】また、導出電極14,15は、上記支持電
極12,13に対応して2箇所に形成されており、その
電極高さ寸法は、上記電極パッド50の高さ寸法よりも
僅かに大きく設定されている。具体的には、導出電極1
4,15の高さ寸法は30μm程度に、電極パッド50
の高さ寸法は15μm程度に設定されている。尚、これ
ら電極パッド50,50,…及び導出電極14,15
は、周知の印刷法、フォトリソグラフィー技術を用いて
形成される。
【0027】このように、導出電極14,15の高さ寸
法を電極パッド50の高さ寸法よりも僅かに大きく設定
したことにより、IC41を取り付ける前の水晶振動子
1の検査時(プロービング検査時)にあっては、検査装
置の電極上に水晶振動子1を載置することで導出電極1
4,15のみを検査装置の電極に接触させることが可能
となる。つまり、導出電極14,15が電極パッド5
0,50,…よりも下方に突出しているため、この導出
電極14,15のみを検査装置の電極に接触させること
ができる。その結果、水晶振動子1の検査時の作業性の
向上を図ることができる。
【0028】そして、外部接続端子60は、図4に示す
ように、半田材料より成る半田ボール61を備えて構成
されている。つまり、この半田ボール61を介して水晶
振動子1が図示しない実装基板に接続されて成るBGA
(ball grid array)基板構造が構成されている。以
下、この外部接続端子60について詳述する。
【0029】セラミックパッケージ10の裏面10aに
は半田ボール61を半田付けするためのベースとなる平
面視円形状の複数の端子パッド62,62,…が形成さ
れており、これら端子パッド62,62,…上に半田ボ
ール61がそれぞれ半田付けされて外部接続端子60が
構成されている。この端子パッド62,62,…も周知
の印刷法、フォトリソグラフィー技術を用いて形成され
る。
【0030】また、半田ボール61の各端子パッド62
への搭載及びこの端子パッド62への半田付けは周知の
BGA技術を用いて行われる。例えば各端子パッド62
に対応した供給孔を備えた供給装置を利用し、半田ボー
ル61をこの供給孔を経て1個ずつ端子パッド62上に
搭載し、リフロー等により半田ボール61の一部を溶融
して端子パッド62上に半田付けする。また、上記端子
パッド62の高さ寸法は、上記電極パッド50の高さ寸
法と略一致、つまり、導出電極14,15の高さ寸法よ
りも僅かに小さく設定されている。
【0031】また、ここで使用される半田ボール61の
直径は、IC41の高さ寸法と、セラミックパッケージ
10の裏面10aにIC41が取り付けられた状態にお
けるこの裏面10aとIC41との間の隙間寸法との和
よりも大きく設定されている。つまり、図4に示すよう
にセラミックパッケージ10の裏面10aにIC41が
取り付けられ且つ所定位置に外部接続端子60が形成さ
れた状態にあっては、外部接続端子60の下端(半田ボ
ール61の下端)がIC41の下面よりも下側に位置し
ているように半田ボール61の直径が選択される。具体
的には、IC41の高さ寸法は150μm、セラミック
パッケージ10の裏面10aにIC41が取り付けられ
た状態におけるこの裏面10aとIC41との間の隙間
寸法は30μmである。そして、半田ボール61として
は直径が400μmのものを採用している。これら寸法
はこれに限るものではない。
【0032】また、セラミックパッケージ10の裏面1
0aにIC41が取り付けられた後、このセラミックパ
ッケージ10とIC41との間に形成されている空間に
は、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂が充填される(図4で
は図示省略)。この樹脂材料の充填により、IC41の
保護及びセラミックパッケージ10に対するIC41の
接合強度を高く維持できるようにしている。
【0033】また、図2に示すように、セラミックパッ
ケージ10の裏面10aにおけるIC41の取り付け位
置の両側(図2における左右両側)の2箇所にはシート
状の絶縁材7,7が取り付けられている(図3及び図4
では図示省略)。そして、この絶縁材7には、上記導出
電極14,15の形成位置、外部接続端子60,60,
…の形成位置にそれぞれ対向して円形の開口が形成され
ている。つまり、導出電極14,15及び外部接続端子
60,60,…をこの開口に臨ませることにより、外部
機器(検査器や実装基板)への接続可能にすると共に、
互いに隣り合う導出電極14,15や外部接続端子6
0,60,…がショートしてしまうことを阻止できるよ
うになっている。
【0034】以上説明したように、本形態では、外部接
続端子60として半田ボール61を採用し、水晶発振器
が実装基板に搭載された状態では、この水晶発振器のセ
ラミックパッケージ10と実装基板との間に形成された
空間にIC41が配置されるようにしている。このた
め、セラミックパッケージ10の外面に形成された外部
接続端子60が直接的に実装基板に取り付けられるた
め、従来技術において必要であった台座が必要無くな
り、水晶発振器全体としての部品点数を削減しながらも
水晶振動子1とIC41とを一体化することができる。
【0035】また、水晶発振器が実装された状態ではI
C41がセラミックパッケージ10と実装基板との間に
位置することで外部から保護されることになり、個別の
保護手段は必要ない。
【0036】更に、水晶発振器の多機能化を図るべく外
部接続端子60の個数を増大させようとしたり、水晶発
振器の更なる小型化を図ろうとする場合において、外部
接続端子60の1個当たりに確保できる面積が小さくな
ったとしても、上記半田ボール61の採用により個々の
外部接続端子60の高さ寸法が比較的大きく得られ、セ
ラミックパッケージ10に対する外部接続端子60の接
続強度を十分に確保することができる。
【0037】−その他の実施形態− 上述した実施形態では、水晶振動子1の長手方向両側に
端子形成領域を形成し、これら端子形成領域の間の素子
取付領域に1個のIC41を取り付けた場合について説
明した。本発明はこれに限らず、図5(a)に示すよう
に、素子取付領域に複数個のIC41,41を取り付け
たり、水晶振動子1の長手方向両側だけでなく、図5
(b)に示すように水晶振動子1の幅方向の両側や、図
5(c)に示すように幅方向の片側に端子形成領域を形
成する構成を採用してもよい。
【0038】また、図6に示すように、セラミックパッ
ケージ10の内部に凹部16を形成しておき、この凹部
16内にIC41を配置する構成としてもよい。この場
合、セラミックパッケージ10の外面及びその内部に配
設される部品としては、IC41に限らず、一方を周波
数調整用の回路部品などの他の部品としてもよい。ま
た、セラミックパッケージ10の内部に、互いに発振周
波数の異なる複数の水晶振動板3を収容しておき、上述
の如くセラミックパッケージ10の内外に個別に配置さ
れたIC41,41をそれぞれ各水晶振動板専用のIC
として機能させることも可能である。
【0039】更に、上記実施形態では、外部接続端子6
0として半田ボール61を採用した場合について説明し
た。本発明はこれに限らず、平板状端子であってその高
さ寸法をIC41の高さ寸法よりも大きく設定したもの
や、四角錐形状の端子であってその高さ寸法をIC41
の高さ寸法よりも大きく設定したものなども採用可能で
ある。
【0040】また、外部接続端子60として半田ボール
61に代えてその他の導体ボール(導電性を有する材料
より成る球状体)を採用することも可能である。例え
ば、半田材料以外の金属材料により構成されるボール
や、セラミックや樹脂等で構成されるコアの表面に導電
性材料を被覆したものであってもよい。この導電性被覆
材としては金属メッキやペースト状導体等が採用可能で
ある。
【0041】また、本発明は、フィルタマッチング回路
を付加した表面実装型水晶フィルタへの適用も可能であ
る。
【0042】加えて、本発明は、水晶発振器に限らず、
ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどを使用した
圧電振動子を備えた圧電振動デバイスや、その他種々の
電子部品への適用も可能である。
【0043】
【発明の効果】以上のように、本発明では、圧電振動デ
バイスのパッケージ外面に形成される外部接続端子を改
良し、圧電振動デバイスが実装基板に搭載された際に
は、この圧電振動デバイスのパッケージ外面と実装基板
との間に得られた空間にIC等の回路素子が配置される
ようにしている。このため、圧電振動デバイスのパッケ
ージ外面が外部接続端子を介して直接的に実装基板に取
り付けられるため、従来技術において必要であった台座
が必要無くなり、圧電振動デバイス全体としての部品点
数を削減でき、構成の簡素化を図ることができる。ま
た、圧電振動デバイスが実装された状態では回路素子が
パッケージと実装基板との間に位置することで外部から
保護されることになり、個別の保護手段は必要なく、圧
電振動デバイスの作製作業の簡素化を図ることができ
る。更に、水晶発振器の多機能化を図るべく外部接続端
子の個数を増大させようとしたり、水晶発振器の更なる
小型化を図ろうとする場合において、外部接続端子の1
個当たりに確保できる面積が小さくなったとしても、複
数個の外部接続端子の存在によってパッケージに対する
接続強度が十分に確保され、圧電振動デバイスの動作の
信頼性を高く確保することができる。
【0044】特に、外部接続端子として導体ボールを使
用した場合には、外部接続端子の形成スペースが比較的
狭い場合であってもパッケージに対する接続強度を十分
に確保できるため、多数の外部接続端子を形成する場合
に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る水晶発振器の分解斜視図であ
る。
【図2】水晶発振器の底面図である。
【図3】セラミックパッケージの裏面に複数の電極パッ
ド及び導出電極が形成された状態を示す断面図である。
【図4】セラミックパッケージの裏面にICが取り付け
られた状態を示す断面図である。
【図5】変形例を示す図2相当図である。
【図6】変形例を示す図4相当図である。
【符号の説明】
1 水晶振動子 10 セラミックパッケージ 10a 裏面(外面) 14,15 導出電極 3 水晶振動板(圧電素子) 41 IC(回路素子) 42、50 電極パッド 60 外部接続端子 61 半田ボール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J079 AA04 BA43 BA44 HA07 HA09 HA28 HA29 KA05 5J108 BB02 DD02 EE03 EE07 FF11 GG03 GG11 GG15 GG16 GG20 GG21 JJ04

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パッケージ内部に圧電素子が収納され、
    パッケージ外面に複数の外部接続端子が形成された圧電
    振動デバイスにおいて、 パッケージ外面のうち上記外部接続端子が形成されてい
    る面には少なくとも一つの回路素子が取り付けられてお
    り、上記外部接続端子のパッケージ外面からの突出寸法
    は回路素子の高さ寸法よりも大きく設定されていること
    を特徴とする圧電振動デバイス。
  2. 【請求項2】 パッケージ内部に圧電素子が収納され、
    パッケージ外面に複数の外部接続端子が形成された圧電
    振動デバイスにおいて、 上記外部接続端子が形成されているパッケージ外面に
    は、少なくとも一つの回路素子を取り付けるための素子
    取付領域と、この素子取付領域を挟んで両側に位置する
    端子形成領域とを備えており、端子形成領域に形成され
    る外部接続端子の突出高さ寸法が回路素子の高さ寸法よ
    りも大きく設定されていることにより、これら外部接続
    端子同士の間に所定高さ寸法の素子収容空間が形成され
    ていることを特徴とする圧電振動デバイス。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の圧電振動デバイ
    スにおいて、 外部接続端子は導体ボールによって構成されていること
    を特徴とする圧電振動デバイス。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の圧電振動デバイスにおい
    て、 導体ボールは、半田材料によって構成される半田ボール
    であることを特徴とする圧電振動デバイス。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のうち何れか一つに記載の
    圧電振動デバイスにおいて、 外部接続端子が形成されているパッケージ外面には、回
    路素子の電極が接続する電極パッド及び圧電素子上に形
    成されている電極に繋がる導出電極がそれぞれ形成され
    ており、 上記導出電極のパッケージ外面からの突出寸法は、電極
    パッドの高さ寸法よりも大きく設定されていることを特
    徴とする圧電振動デバイス。
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