JP2004096721A - 圧電振動子用パッケージ並びに圧電振動子および圧電デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】高い気密性が得られ、より小型化、薄型化を可能にする。
【解決手段】圧電振動子30は、圧電振動片32を収容するパッケージ34を有している。パッケージ34の枠部材46は、コバールによって形成してある。ベース部48は、ホウケイ酸ガラスによって形成してあって、枠部材46に封着してある。ベース部48に封着した端子部材52(52a、52b)は、コバールから形成してあって、ベース部48の下面に配置される板状の外部端子部54と、外部端子部54に突設されてベース部48を貫通している接続端子部58とからなっている。圧電振動片32の接続電極部40(40a、40b)は、導電性接着剤60を介して接続端子部58に電気的に接続してある。
【選択図】 図1
【解決手段】圧電振動子30は、圧電振動片32を収容するパッケージ34を有している。パッケージ34の枠部材46は、コバールによって形成してある。ベース部48は、ホウケイ酸ガラスによって形成してあって、枠部材46に封着してある。ベース部48に封着した端子部材52(52a、52b)は、コバールから形成してあって、ベース部48の下面に配置される板状の外部端子部54と、外部端子部54に突設されてベース部48を貫通している接続端子部58とからなっている。圧電振動片32の接続電極部40(40a、40b)は、導電性接着剤60を介して接続端子部58に電気的に接続してある。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片を配置、実装するパッケージに係り、特にパッケージ本体が金属からなる圧電振動子用パッケージ並びに圧電振動子および圧電デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
圧電振動子は、電子機器や無線機器の小型化に伴って小型化、薄型化が図られている。そして、圧電振動子を、そのパッケージに配置された面状の外部電極(外部端子)を介して実装基板の表面に接合する表面実装が一般的となっている。図17は、従来の表面実装型の圧電振動子の一例を示す概略説明図であって、(1)は断面図、(2)は蓋部を省略した平面図である。
【0003】
図17において、圧電振動子10は、パッケージ12がパッケージ本体14と金属製の蓋部16とからなっていて、パッケージ本体14が形成するキャビティ18内に圧電振動片20が収容してある。パッケージ本体14は、いわゆるセラミックパッケージであって、セラミックからなるベースシート22とフレームシート24とを積層して形成してある。そして、ベースシート22の上面の一側には、マウント電極部26が設けてある。このマウント電極部26には、圧電振動片20が導電性接着剤(図示せず)により片持ち梁状に固着してある。圧電振動片20は、両面に電極部28が対称に設けてあって、これらの電極部28が導電接着剤を介してマウント電極部26に電気的に接続される。また、マウント電極部26は、図示しないスルーホールを介してベースシート22の下面に設けた図示しない外部端子に電気的に接続してある。そして、パッケージ本体14と蓋部16とは、気密に接合してあり、キャビティ18内は不活性ガス雰囲気または真空となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の表面実装型の圧電振動子10は、パッケージ本体14を構成するベースシート22とフレームシート24とが絶縁体であるセラミックから構成してあって、積層するシート間に複雑な配線の引き回しが可能であり、配線用のワイヤをなくすことができ、小型化、薄型化を図ることができる。
【0005】
ところが、セラミックは、粉末状の素材を焼成して形成するために多孔質である。このため、セラミックパッケージの圧電振動子10は、小型化、薄型化が限界になりつつあり、一層の小型化、薄型化が困難となっている。すなわち、セラミックは多孔質であるため、セラミックからなるベースシート22やフレームシート24の厚さを薄くすると、パッケージ12の内部を気密に保持することができなくなり、信頼性が低下する。このため、セラミックパッケージは、ベースシート22やフレームシート24の厚さを0.12〜0.15mmより薄くすることができない。また、セラミックは、延性、展性がなく、脆くて割れやすく、この点からも小型化、薄型化が困難となる。
【0006】
さらに、パッケージ本体14は、大きなベースシート22とフレームシート24とを積層して焼成し、多数のパッケージ本体14を一体に形成したのち、各パッケージ本体間に切れ目を入れて折るように破断して個々に分割しており、破断面にバリ状の突起が形成され、外形寸法の精度が悪い。このため、圧電振動片20の実装工程におけるパッケージ本体14をセットする治具は、パッケージ本体14の設計値に最大誤差を加えた寸法に、バリ状の突起の寸法を考慮した余裕を持たせる必要があり、パッケージ本体14の位置決め精度が悪い。しかも、従来の圧電振動子10は、圧電振動片20をパッケージ本体14のキャビティ18内に実装する場合に、パッケージ本体14内に圧電振動片20の位置を規制するものがなく、圧電振動片20をキャビティ18内に単におくだけであったため、圧電振動片20がパッケージ本体14の内壁に接触するのを防止するために、高価な画像処理装置によって圧電振動片20の位置調整を行なっており、圧電振動子10の製造コストを下げることが困難となる。また、パッケージ本体14を移送する場合に、バリ状の突起が形成されている部分を把持すると、割れや欠けが発生しやすく、不良率が増大する。
【0007】
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、高い気密性が得られ、より小型化、薄型化を可能にすることを目的としている。
また、本発明は、圧電振動片の実装の際に、画像処理装置などの高価な機器を不要とすることを目的としている。
さらに、本発明は、圧電振動子の組立を容易、正確に行なえるようにすることなどを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧電振動子用パッケージは、圧電振動片が配置されるキャビティを形成する金属製の枠部材と、この枠部材の下部に封着した少なくとも一部が絶縁体からなるベース部と、このベース部の下面に配置する板状の外部端子部と、この外部端子部に突設されて前記ベース部に設けた貫通孔に挿入されて前記圧電振動片の電極部と電気的に接続される接続端子部とを備えた端子部材と、を有することを特徴としている。
【0009】
このようになっている本発明は、圧電振動片が配置されるキャビティを形成する枠部材を金属によって形成しているため、薄くした場合であっても高い気密性を保持することができ、セラミックのように割れたりするおそれがない。したがって、さらに小型、薄型化した場合であっても、高い信頼性が得られる。また、枠部材を金属によって形成しているため、高い寸法精度が得られ、圧電振動片を実装する際のパッケージの位置決め精度を向上することができ、高価な画像処理装置などを用いなくとも、圧電振動片を精度よく実装することができる。
【0010】
金属製の枠部材は、下部の外面を絶縁材によって覆うとよい。これにより、金属性の枠部材が実装基板の電極パターンと短絡するのを確実に防ぐことができる。すなわち、外部端子部を実装基板の電極パターンに半田によって接合したときに、半田がパッケージの外面下部を這い上がることがある。しかし、本発明は、金属製の枠部材の下部が絶縁材によって覆ってあるため、パッケージの下部を這い上がった半田が、枠部材と接触するのを確実に防止することができる。金属製の枠部材の下部を覆う絶縁材は、絶縁性塗料や樹脂などであってもよいが、ベース部を構成している絶縁体であることが望ましい。これにより、金属製の枠部材とベース部とを接合する際に、枠部材の下部を絶縁体によって容易に覆うことができ、工程の簡素化を図ることができる。
【0011】
そして、接続端子部は、ベース部を貫通した上端部に圧電振動片の位置決め部を形成することができる。接続端子部に圧電振動片の位置決め部を設けると、圧電振動片を実装する際の位置決めをより容易、正確に行なうことができる。また、枠部材には、内面に圧電振動片の位置決めをする位置決め凸部が形成できる。これにより、圧電振動片を実装する際の位置決めをより容易、正確に行なうことができ圧電振動子の組立を容易、正確に行なうことができる。
【0012】
さらに、ベース部には、圧電振動片を支持する支持部を形成することができる。圧電振動片を接続端子部に片持ち梁状に接合(マウント)したときに、ベース部に設けた支持部によって圧電振動片の先端側を支持することにより、圧電振動片を容易、確実に水平に保持することができる。このため、圧電振動片を収容するキャビティの上下方向の寸法を小さくすることができ、パッケージの薄型化を図ることができる。そして、接続端子部は、圧電振動片の辺に沿って長い矩形などの多角形や長円形、楕円形などに形成することができる。これにより、圧電振動片を安定して支持することができる。また、圧電振動片との接合面積が大きくなって接合強度が向上し、耐衝撃性を高めることができる。
【0013】
外部端子部は、ベース部の側面に露出させることが望ましい。外部端子部をベース部の側面から露出させると、電子機器の実装基板などの電極パターンに外部端子部を介して実装した際に、電極パターンとの接合が良好に行なわれているか否かを目視により容易に確認することができる。そして、枠部材には、上端部に蓋部の位置決めをする位置決め係止部を設けることができる。これにより、パッケージを封止する際の蓋部の位置決めを容易、正確に行なうことができる。
【0014】
本発明に係る圧電振動子は、上記した圧電振動子用パッケージを有することを特徴としている。これにより、上記の効果を有する圧電振動子を提供することができる。
また、本発明に係る圧電振動子は、金属製の枠部材と、この枠部材の下部に封着した少なくとも一部が絶縁体からなるベース部と、このベース部の下面に配置する板状の外部端子部と、この外部端子部に突設されて前記ベース部を貫通した接続端子部とを備えた端子部材と、前記枠部材の形成するキャビティ内に配置されて前記接続端子部と嵌合する嵌合孔が形成された圧電振動片と、を有することを特徴としている。
【0015】
このようになっている本発明の圧電振動子は、圧電振動片が配置されるキャビティを形成する枠部材を金属によって形成したことにより、より小型、薄型化した場合でも高い気密性を保持することができ、信頼性を向上することができる。しかも、圧電振動片に設けた嵌合孔と接続端子部とを嵌合させることにより、圧電振動片を実装するときの位置決めを容易、精度よく行なうことができ、圧電振動子の組立を容易、正確に行なうことができる。
【0016】
接続端子部は、先端部を漸次細くするとよい。このように接続端子部にテーパを形成することにより、圧電振動片の上下方向の支持位置を容易、正確に設定することが可能となり、組立工程を簡略化することができる。また、枠部材には、上端部に蓋部の位置決めをする位置決め係止部を設けるとよい。これにより、パッケージを封止する際の蓋部の位置決めを容易、正確に行なうことができる。
【0017】
本発明に係る圧電デバイスは、上記した圧電振動子を有することを特徴としている。これにより、上記の効果を伴った圧電デバイスを提供することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電振動子用パッケージ並びに圧電振動子および圧電デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は蓋部を取り除いた状態の平面図であり、(2)は(1)のA−A線に沿った断面図、図2は上方から見た斜視図であり、図3は下方から見た斜視図、図4は分解斜視図である。
【0019】
これらの図において、圧電振動子30は、圧電振動片32がパッケージ34の内部に配置してある。圧電振動片32は、実施形態の場合、圧電材料である水晶板36によって形成してある。そして、圧電振動片32は、水晶板36の両面の中央部に励振電極部38a、38b(励振電極部38bは図示せず)が形成してあるとともに、長手方向の両端部に接続電極部40(40a、40b)が設けてある。各接続電極部40は、それぞれ水晶板36の上下の両面に形成してあって、それぞれの両面の接続電極部40が電気的に接続されている。また、接続電極部40aは配線部42aを介して上面の励振電極部38aに接続してあり、接続電極部40bは配線部42bを介して下面の励振電極部38bに接続してある。
【0020】
パッケージ34は、図1(2)に示したように、圧電振動片32を収容するキャビティ44を形成する枠部材46と、ベース部48と、蓋部50とを有している。枠部材46とベース部48とはパッケージ本体を形成していて、実施形態の場合、枠部材46が金属であるコバールから形成してあって、ベース部48が絶縁体であるホウケイ酸ガラスによって形成してある。そして、枠部材46とベース部48とは、整合封止型のハーメチックシール構造に封着してある。また、蓋部50は、枠部材46と同様にコバールから形成してある。パッケージ34は、圧電振動片32をキャビティ44内に実装したのち、蓋部50が枠部材46の上に配置されて、シーム溶接などによって枠部材46に接合されたことにより、気密に封止される。
【0021】
ベース部48には、一対の端子部材52(52a、52b)が設けてある。各端子部材52は、ベース部48の下面に配置される外部端子部54と、この外部端子部54に突設され、ベース部48に設けた貫通孔56に挿入される接続端子部58とからなっている。これらの端子部材52は、コバールからなっていて、ベース部48に封着されて整合封止型ハーメチックシールを形成している。そして、各端子部材52は、図3、図4に示してあるように、板材から形成してあって、外部端子部54が平板状をなし、接続端子部58が絞り加工によって外部端子部54と一体に形成してある。また、端子部材52は、この実施形態の場合、接続端子部58の上端がベース部48の上面よりやや突出していて、圧電振動片32のマウント部となっている。そして、圧電振動片32は、接続電極部40a、40bが導電性接着剤60によって各端子部材52の接続端子部58に接合してある(図1(2)参照)。
【0022】
枠部材46は、図4に示してあるように、長手方向に位置する各短辺部62の下端に、ベース部48を嵌入させる凹部64が設けてある。そして、ベース部48は、枠部材46の各短辺部62に対応した長手方向両端部が薄肉部66となっているとともに、両薄肉部66の間がキャビティ44内に挿入される厚肉部68となっている。したがって、ベース部48は、枠部材46に対して、凹部64によって短手方向の位置決めがなされ、薄肉部66と厚肉部68との境界部に形成された段部70によって長手方向の位置決めがなされるようになっている。また、ベース部48は、長手方向両側の下面に端子部材52の外部端子部54を嵌入させる位置決め凹部72が形成してある(図2参照)。さらに、各外部端子部54は、一側面がベース部48の側面(パッケージ34の側面)から露出している。
【0023】
図5は、第1実施形態に係る圧電振動子30の製造工程のフローチャートである。まず、図5のステップ81に示したように、圧電振動片32、枠部材46、ベース部48、蓋部50、端子部材52をそれぞれ個別に形成する。圧電振動片32は、従来と同様に機械加工やフォトリソ加工により所定の形状に形成される。
【0024】
枠部材46、端子部材52は、所定の厚さのコバールをプレスによって打ち抜き、成形加工して形成する。蓋部50も所定の厚さのコバールをプレスによって所定の形状に打ち抜くことによって形成する。ただし、これらは鍛造によって形成してもよい。また、ベース部48は、ホウケイ酸ガラスの粉末を型に入れ、プレスによって圧力をかけながら焼結することによって製造される。
【0025】
このようにして形成された枠部材46、ベース部48、端子部材52は、カーボンによって形成した治具(図示せず)内において組み立てられる(ステップ82)。その後、治具を炉の中に配置して所定の温度に加熱し、枠部材46とベース部48、ベース部48と端子部材52とを封着(ハーメチックシール)し、表面処理する(ステップ83)。
【0026】
次に、端子部材52の接続端子部58に導電性接着剤60を塗布する(ステップ84)。さらに、ステップ85に示したように、圧電振動片32をキャビティ44内に搬入し、導電性接着剤60を介してベース部48に実装する。その後、真空または窒素雰囲気下において枠部材46の上に蓋部50を配置し、シーム溶接などによって枠部材46と蓋部50とを気密に接合してパッケージ34を封止する(ステップ86、87)。
【0027】
このようにして得た圧電振動子30は、枠部材46および蓋部50が金属であるコバールによって形成してあるとともに、ベース部48がガラスによって形成してあり、いずれもセラミックのような多孔質でないため、薄くしても封止が破れるおそれがなく、圧電振動子30を従来に比較してより一層小型、薄型化することができるとともに、信頼性を向上することができる。しかも、枠部材46は、金属によって形成されているため、バリなどの発生がなく、セラミックパッケージに比較して高精度の加工を行なうことができる。このため、圧電振動片32を実装する際のパッケージ34の位置決めを正確に行なうことが可能で、高価な画像処理装置などを用いなくとも圧電振動片32をキャビティ44内に容易に実装することができる。したがって、設備費などを削減することができてコストの削減が図れる。また、枠部材46が金属によって形成してあるため、セラミックパッケージに比較して大きな強度が得られ、パッケージを移送するときに把持したとしても、割れや欠けが発生することがなく、不良率を低減することができる。
【0028】
図6は、第1実施形態に係る圧電振動子30を、電子機器などの実装基板に実装した状態の斜視図の一部を模式的に示したものである。圧電振動子30は、端子部材52の外部端子部54を介して実装基板90に設けた電極パターン92に半田によって接続される。すなわち、実装基板90の電極パターン92には半田が塗布してある。そして、圧電振動子30は、外部端子部54が電極パターン92の上に配置された状態でリフロー炉に搬入され、半田が溶融されることにより、半田を介して外部端子部54が電極パターン92に接合される。そして、実施形態の圧電振動子30は、外部端子部54の側面がベース部48の側面に露出しているため、半田フィレット94を視認することができる。したがって、外部端子部54が電極パターン92に確実に接続されたか否かを目視によって容易に確認することができる。また、圧電振動子30は、枠部材46の下端面と外部端子部54の下面とがほぼ同じ位置となっているため、圧電振動子30を実装基板90に実装する際に、圧電振動子30が傾いたりするのを防ぐことができる。
【0029】
図7は、第2実施形態の説明図であって、(1)が蓋部を省略した平面図、(2)が(1)のB−B線に沿った断面図である。この実施形態に係る圧電振動子100は、端子部材102の形状が第1実施形態と異なっており、他は第1実施形態と同様である。この第2実施形態における端子部材102は、ベース部48の下面に配置される板状の外部端子部54と、ベース部48を上下方向に貫通している接続端子部104とが一体に形成してある。そして、接続端子部104の上端部には、圧電振動子100の中央側に半円状の支持部106が設けてあって、この支持部106の上に圧電振動片32の端部を配置するようになっている。また、接続端子部104は、支持部106の外側に枠部材46の短辺部62と平行な位置決め段部(位置決め部)108が形成してあって、圧電振動片32の図7における左右方向の位置決めをできるようにしてある。
【0030】
このようになっている圧電振動子100は、圧電振動片32を実装する場合、圧電振動片32の短辺中央部を接続端子部104に設けた支持部106の上に配置する。その後、接続端子部104と圧電振動片32の短辺中央部とに導電性接着剤を塗布して硬化させる。これにより、圧電振動片32の本図に図示しない接続電極部が接続端子部104に電気的に接続される。
【0031】
このように、第2実施形態の圧電振動子100は、圧電振動片32を接続端子部104に形成した支持部106に配置することにより、長手方向の位置が容易、正確に位置決めされるため、組立を容易、正確、迅速に行なうことができる。
【0032】
図8は、第3実施形態の説明図であって、(1)は蓋部を省略した平面図、(2)は(1)のC−C線に沿った断面図である。この実施形態に係る圧電振動子110は、端子部材112が外部端子部54と外部端子部54に突設した接続端子部114とからなっている。接続端子部114は、枠部材46に封着したベース部48の上面から突出した先端部がテーパ状に形成してあって、先端に向けて漸次細くなっている。そして、圧電振動片116は、長手方向の両端部に接続端子部114と嵌合させる嵌合孔118が設けてある。また、嵌合孔118は、接続端子部114の最大外形より小さく形成してある。圧電振動片116に形成した本図に図示しない接続電極部と接続端子部114との電気的接続は、圧電振動片116の嵌合孔118と接続端子部114とを嵌合させたのち、導電接着剤を塗布して行なう。
【0033】
このようになっている第3実施形態の圧電振動子110は、端子部材112の接続端子部114の上端部がテーパ状に形成してあるとともに、圧電振動片116に接続端子部114と嵌合させる嵌合孔118を設けたことにより、圧電振動片116の長手方向および短手方向の位置決めを容易、正確に行なうことができる。
【0034】
図9ないし図11は、圧電振動片を片持ち梁状に実装するパッケージ本体の実施形態を示したものである。図9(1)はパッケージ本体120の平面図、(2)が底面図、(3)は(1)のD−D線に沿った断面図、(4)は(1)のE−E線に沿った断面図である。このパッケージ本体120は、額縁状の枠部122とベース部124とを有していて、ベース部124が金属底板部126とガラス底板部128とからなっている。なお、外部端子部132の配置される部分のみハーメチックシール構造に封着している。金属底板部126は、実施形態の場合、コバールからなっていて、枠部122と一体に形成してある。
【0035】
ガラス底板部128は、枠部122の長手方向一側に配置してある。また、ガラス底板部128には、コバールからなる一対の端子部材130が固着してある。端子部材130は、同図(3)に示してあるように、ガラス底板部128の下面に配置される外部端子部132と、この外部端子部132に突設されてガラス底板部128を貫通している接続端子部134とからなっている。そして、各端子部材130の外部端子部132は、パッケージ本体120の短手方向に沿って配置され、一側面がガラス底板部128の側面から露出している。
【0036】
図10は、パッケージ本体の他の実施形態を示したもので、(1)はパッケージ本体140の平面図であり、(2)は底面図、(3)は(1)のF−F線に沿った断面図である。このパッケージ本体140は、コバールによって形成した額縁状の枠部材142と、ホウケイ酸ガラスからなるベース部144とを有している。そして、ベース部144の長手方向一側には、一対の端子部材146が設けてある。端子部材146は、コバールから形成してあって、ベース部144の下面に位置する外部端子部148と、ベース部144を貫通させた接続端子部150とからなっている。各外部端子部148は、パッケージ本体140の同じ短辺に向けて配置してあって、一側面がベース部144の側面から露出している。
【0037】
図11(1)はさらに他の実施形態に係るパッケージ本体160の平面図であり、(2)は底面図、(3)は(1)のG−G線に沿った断面図である。この実施形態に係るパッケージ本体160は、額縁状の枠部材162とベース部164とを有する。枠部材162はコバールから形成してあり、ベース部164はホウケイ酸ガラスによって形成してある。そして、ベース部164の長手方向一側には、一対の貫通孔166が設けてある。これらの貫通孔166には、端子部材168、170の接続端子部172、174が挿通してある。各端子部材168、170は、ベース部164の下面に配置される平板状の外部端子部176、178を有し、これらの外部端子部176、178に接続端子部172、174が一体に突設してある。そして、一方の端子部材168は、外部端子部176の一端がベース部164の一方の短辺180に向けて延ばされ、この短辺180の側面に露出している。また、他方の端子部材170は、一端面が短辺180と対向した短辺182の側面に露出している。
【0038】
図9ないし図11に示したパッケージ本体120、140、160を用いた圧電振動子においても、前記と同様の効果を得ることができる。なお、図11(3)に2点鎖線で示したように、各接続端子部172、174間のベース部164に溝184を形成すると、一方の接続端子部(例えば、接続端子部172)に塗布した導電性接着剤が他方の接続端子部(例えば、接続端子部174)側に流れるのを防止することができ、本図に図示しない圧電振動片を実装することによる両者の短絡を防止することができる。なお、各接続端子部172、174間のベース部に突起を形成することにより、接続端子部間の短絡を防ぐことができる。
【0039】
図12は、第4実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は平面図、(2)は(1)のH−H線に沿った断面図である。この実施形態に係る圧電振動子200は、コバールによって形成した額縁状の枠部材202と、枠部材202の下端部に封着したホウケイ酸ガラスからなるベース部204とを有する。ベース部204は、同図(1)の右側端部近くに前記したものと同様の端子部材(図示せず)が一対設けてあって、各端子部材の接続端子部がベース部204を貫通している。そして、各接続端子部には、導電性接着剤を介して音叉型圧電振動片206のマウント部208に設けた接続電極部(図示せず)が接続してある。一方、枠部材202の内面には、音叉型圧電振動片206のマウント部208と対応した位置に、マウント部208を挟み込むように一対の位置決め部210が突設してある。また、枠部材202は、上端面の四隅にL字状に形成した位置決め係止部212が設けてある。そして、蓋部材50は、これらの位置決め係止部212の内側に配置するようになっている。
【0040】
このようになっている第4実施形態の圧電振動子200は、枠部材202内における圧電振動片206の幅方向の位置決めを容易、正確に行なえるとともに、蓋部50の位置決めを容易、正確に行なうことができる。したがって、圧電振動子200の組立を容易、正確に行なうことができる。なお、実施形態においては、位置決め係止部212を枠部材202の四隅に設けた場合について説明したが、対角位置の2ヶ所であってもよい。
【0041】
図13は、第5実施形態に係る圧電振動子の要部説明図であって、(1)は平面図、(2)は正面図である。この実施形態に係る圧電振動子220は、パッケージ本体222が前記実施形態と同様に、コバールからなる枠部材と、枠部材に封着したホウケイ酸ガラスからなるベース部とを有する。そして、パッケージ本体222の上には、コバールからなる蓋部224が配置してある。蓋部224は、下面にパッケージ本体222と遊嵌する厚肉部226が形成してある。この蓋部224は、シーム溶接などによってパッケージ本体222に気密に接合してある。このようになっている圧電振動子220は、蓋部224の厚肉部226をパッケージ本体222に嵌合させることにより、位置ずれを生ずることなく容易に配置することができる。
【0042】
図14は、第6実施形態の断面図である。この第6実施形態に係る圧電振動子は、金属製枠部材の下部外面が絶縁材によって覆ってある。図14(1)に示した圧電振動子230は、パッケージ本体232が金属製の枠部材234とベース部236とからなっている。枠部材234は、コバールから形成してある。そして、枠部材234は、下部の断面が楔状になっていて、ベース部236に挿入した状態になっている。すなわち、枠部材234は、下部の外面に傾斜面238が形成してあって、下方に向けて肉厚が次第に薄くなるようにしてある。また、この傾斜面238は、ベース部236を構成している絶縁体(絶縁材)であるホウケイ酸ガラスによって覆われている。このようになっている圧電振動子230は、端子部材52(52a、52b)の外部端子部54を介して実装基板90の電極パターン92に実装したときに、枠部材234が電極パターン92と短絡するのを防ぐことができる。
【0043】
すなわち、外部端子部54を半田244によって電極パターン92に接合したときに、半田244のフィレット246が形成される。ところが、このフィレット246は、図に示したように、外部端子部54の上端を超えてパッケージ本体232の外面を這い上がることがある。このため、枠部材234は、2点鎖線に示したように、傾斜面238が形成されておらず、ホウケイ酸ガラスによって覆われていない場合、フィレット246と接触して電極パターン92と短絡することになる。しかし、第6実施形態の圧電振動子230は、枠部材234の下部に傾斜面238を設けて絶縁材であるホウケイ酸ガラスによって覆ってあるため、枠部材234がフィレット246と接触することがなく、枠部材234と電極パターン92との短絡を確実に防ぐことができる。しかも、実施形態においては、枠部材234とベース部236とを封着することにより、傾斜面238を容易に絶縁材(ホウケイ酸ガラス)によって覆うことができ、工程の簡素化を図ることができる。
【0044】
図14(2)は、図14(1)の第1変形例を示したものである。図14(2)に示した第1変形例の圧電振動子230aは、パッケージ本体232aがコバールからなる金属製の枠部材234aと、ホウケイ酸ガラスからなるベース部236aとを有している。そして、枠部材234aの下部外面が円弧状の曲面250となっていて、この曲面250がベース部236aを構成している絶縁材であるホウケイ酸ガラスによって覆われている。他の構成は、図14(1)に示した圧電振動子230と同様である。この第1変形例に係る圧電振動子230aにおいても、前記と同様の効果を得ることができる。
【0045】
図14(3)は、第6実施形態の第2変形例を示したものである。この第2変形例に係る圧電振動子230bは、パッケージ本体232bを構成している枠部材234bの下部外周面に切欠き部252が形成され、この切欠き部252がベース部236bによって覆われている。枠部材234bは金属であるコバールから形成してあり、ベース部236bは絶縁体であるホウケイ酸ガラスから形成してある。この第2変形例に係る圧電振動子230bにおいても前記と同様の効果を得ることができる。
【0046】
なお、この第6実施形態に示した傾斜面238、曲面250、切欠き部252は、枠部材を母材(コバール板)から打ち抜き加工する際に形成することができる。また、実施形態においては、枠部材の下部外面をホウケイ酸ガラスによって覆った場合について説明したが、絶縁性塗料や樹脂を塗布してもよい。この場合、枠部材は、下部に傾斜面238などを形成する必要がない。
【0047】
図15は、第7実施形態の説明図であって、(1)はパッケージ本体の平面図、(2)は(1)のJ−J線に沿った断面図、(3)は(1)のK−K線に沿った断面図、(4)はパッケージ本体の底面図である。この第7実施形態に係るパッケージ本体260は、枠部262とベース部264とを有している。ベース部264は、枠部262と一体成形したコバールからなる金属底板部266と、ホウケイ酸ガラスから形成したガラス底板部128とからなっている。そして、ガラス底板部128は、パッケージ本体260の長手方向一側に設けてあって、コバールからなる一対の端子部材130が取り付けてある。各端子部材130は、接続端子部134がガラス底板部128を貫通し、パッケージ本体260のキャビティ268内に突出している。
【0048】
各接続端子部134は、図15(2)、(3)に示したように、圧電振動片270が導電性接着剤(図示せず)によって接合され、圧電振動片270の一端側を支持する。また、金属底板部266は、図15(1)に示したように、上面に円柱状の支持凸部272が設けてある。この支持凸部272は、圧電振動片270の支持部であって、図15(3)に示したように、圧電振動片270の他端中央部と対応した位置に形成してある。
【0049】
このようになっているパッケージ本体260は、圧電振動片270を両端部で支持することができるため、圧電振動片270を容易、確実に水平に実装することができる。このため、圧電振動片270を配置するキャビティ268の高さを低くすることが可能となり、パッケージ本体260の薄型化が図れ、ひいては圧電振動子を薄型化することができる。なお、支持凸部272は、円柱状でなくともよく、矩形状等の他の形状であってもよい。また、支持凸部272の上端に圧電振動片270の位置決め用の段部等を形成してもよい。さらに、支持凸部272は、複数設けてもよいし、ベース部264の全体をホウケイ酸ガラスによって形成した場合であっても形成することができる。
【0050】
図16は、第8実施形態の説明図であって、(1)はパッケージ本体の平面図、(2)は(1)のL−L線に沿った断面図、(3)は(1)のM−M線に沿った断面図である。この第8実施形態に係るパッケージ本体280は、コバールからなる枠部材282とホウケイ酸ガラスから形成したベース部284とを有する。ベース部284には、図16(3)に示したように、長手方向の両側に端子部材286が設けてある。端子部材286は、接続端子部288と外部端子部290とからなっていて、側面視L字状に形成してある。接続端子部288は、上面視矩形状に形成してあって、ベース部284を貫通し、上端がパッケージ本体280の内部に突出している。そして、端子部材286は、接続端子部288の長手方向が本図に図示しない圧電振動片の辺に沿った方向に配置されるようにベース部284に気密に接合してある。
【0051】
このようになっているパッケージ本体280は、本図に図示しない圧電振動片の両端部に設けた接続電極部を、導電性接着剤を介して接続端子部288に接合する。そして、接続端子部288は、圧電振動片の辺に沿って長く形成してあるため、圧電振動片を安定して支持することができ、接合面積が大きくなって接合強度が向上し、耐衝撃性を高めることができる。なお、接続端子部は、五角形や六角形等の他の多角形であってもよく、長円形や楕円形などであってもよい。
【0052】
上記の各実施形態に係る圧電振動子は、水晶発振器や水晶フィルタなどの圧電デバイスとして使用することができる。例えば、水晶発振器として使用する場合、上記の圧電振動子を、発振回路を構成する集積回路(図示せず)とともに、配線パターンが形成してあるモジュール基板に実装することにより、水晶発振器モジュールを形成することができる。また、上記したパッケージ内に上記の圧電振動片とともに集積回路を実装することにより、水晶発振器パッケージが得られる。
【0053】
なお、上記に説明した各実施形態は、本発明の一態様であって、これらに限定されるものではない。例えば、圧電振動片は平板状のものばかりでなく、中央部が凹部となっているいわゆる逆メサ型や、周縁部が中央部より薄くなっているコンベックス型、あるいは弾性表面波(SAW)素子であってもよい。また、前記実施形態においては、接続端子部を円柱状に形成した場合について説明したが、接続端子部は、多角柱状や楕円柱状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は蓋部を省略した平面図、(2)は(1)のA−A線に沿った断面図である。
【図2】第1実施形態に係る圧電振動子の上側から見た斜視図である。
【図3】第1実施形態に係る圧電振動子の下側から斜視図である。
【図4】第1実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。
【図5】第1実施形態に係る圧電振動子の製造工程のフローチャートである。
【図6】第1実施形態に係る圧電振動子の電子機器などの実装基板に実装した状態を模式的に示した一部斜視図である。
【図7】第2実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は蓋部を省略した平面図、(2)は(1)のB−B線に沿った断面図である。
【図8】第3実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は蓋部を省略した平面図、(2)は(1)のC−C線に沿った断面図である。
【図9】圧電振動片を片持ち梁状に実装するパッケージ本体の実施形態の説明図であって、(1)は平面図、(2)は底面図、(3)は(1)のD−D線に沿った断面図、(4)は(1)のE−E線に沿った断面図である。
【図10】他の実施形態に係るパッケージ本体の説明図であって、(1)は平面図、(2)は底面図、(3)は(1)のF−F線に沿った断面図である。
【図11】さらに他の実施形態に係るパッケージ本体の説明図であって、(1)は平面図、(2)は底面図、(3)は(1)のG−G線に沿った断面図である。
【図12】第4実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は平面図、(2)は(1)のH−H線に沿った断面図である。
【図13】第5実施形態に係る圧電振動子の要部説明図であって、(1)は平面図、(2)は正面図である。
【図14】第6実施形態の断面図である。
【図15】第7実施形態の説明図である。
【図16】第8実施形態の説明図である。
【図17】従来の圧電振動子の説明図であって、(1)は断面図、(2)は蓋部を省略した平面図である。
【符号の説明】
30………圧電振動子、32、116、206………圧電振動片、34………パッケージ、44………キャビティ、46………枠部材、48………ベース部、50………蓋部、52a、52b………端子部材、54………外部端子部、58………接続端子部、100、110、200、220………圧電振動子、102、112、130、146、168、170………端子部材、104、114、134、150、172、174………接続端子部、106………支持部、108………位置決め部(位置決め段部)、118………嵌合孔、120、140、160………パッケージ本体、122………枠部、124、144、164、204………ベース部、132、148、176、178………外部端子部、142、162、202………枠部材、222………パッケージ本体、224………蓋部、226………厚肉部、230………圧電振動子、232、260、280………パッケージ本体、234、234a、234b………枠部材、236、236a、236b………絶縁材(ベース部)、244………半田、262………枠部、264、284………ベース部、272………支持部(支持凸部)、286………端子部材、288………接続端子部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片を配置、実装するパッケージに係り、特にパッケージ本体が金属からなる圧電振動子用パッケージ並びに圧電振動子および圧電デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
圧電振動子は、電子機器や無線機器の小型化に伴って小型化、薄型化が図られている。そして、圧電振動子を、そのパッケージに配置された面状の外部電極(外部端子)を介して実装基板の表面に接合する表面実装が一般的となっている。図17は、従来の表面実装型の圧電振動子の一例を示す概略説明図であって、(1)は断面図、(2)は蓋部を省略した平面図である。
【0003】
図17において、圧電振動子10は、パッケージ12がパッケージ本体14と金属製の蓋部16とからなっていて、パッケージ本体14が形成するキャビティ18内に圧電振動片20が収容してある。パッケージ本体14は、いわゆるセラミックパッケージであって、セラミックからなるベースシート22とフレームシート24とを積層して形成してある。そして、ベースシート22の上面の一側には、マウント電極部26が設けてある。このマウント電極部26には、圧電振動片20が導電性接着剤(図示せず)により片持ち梁状に固着してある。圧電振動片20は、両面に電極部28が対称に設けてあって、これらの電極部28が導電接着剤を介してマウント電極部26に電気的に接続される。また、マウント電極部26は、図示しないスルーホールを介してベースシート22の下面に設けた図示しない外部端子に電気的に接続してある。そして、パッケージ本体14と蓋部16とは、気密に接合してあり、キャビティ18内は不活性ガス雰囲気または真空となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の表面実装型の圧電振動子10は、パッケージ本体14を構成するベースシート22とフレームシート24とが絶縁体であるセラミックから構成してあって、積層するシート間に複雑な配線の引き回しが可能であり、配線用のワイヤをなくすことができ、小型化、薄型化を図ることができる。
【0005】
ところが、セラミックは、粉末状の素材を焼成して形成するために多孔質である。このため、セラミックパッケージの圧電振動子10は、小型化、薄型化が限界になりつつあり、一層の小型化、薄型化が困難となっている。すなわち、セラミックは多孔質であるため、セラミックからなるベースシート22やフレームシート24の厚さを薄くすると、パッケージ12の内部を気密に保持することができなくなり、信頼性が低下する。このため、セラミックパッケージは、ベースシート22やフレームシート24の厚さを0.12〜0.15mmより薄くすることができない。また、セラミックは、延性、展性がなく、脆くて割れやすく、この点からも小型化、薄型化が困難となる。
【0006】
さらに、パッケージ本体14は、大きなベースシート22とフレームシート24とを積層して焼成し、多数のパッケージ本体14を一体に形成したのち、各パッケージ本体間に切れ目を入れて折るように破断して個々に分割しており、破断面にバリ状の突起が形成され、外形寸法の精度が悪い。このため、圧電振動片20の実装工程におけるパッケージ本体14をセットする治具は、パッケージ本体14の設計値に最大誤差を加えた寸法に、バリ状の突起の寸法を考慮した余裕を持たせる必要があり、パッケージ本体14の位置決め精度が悪い。しかも、従来の圧電振動子10は、圧電振動片20をパッケージ本体14のキャビティ18内に実装する場合に、パッケージ本体14内に圧電振動片20の位置を規制するものがなく、圧電振動片20をキャビティ18内に単におくだけであったため、圧電振動片20がパッケージ本体14の内壁に接触するのを防止するために、高価な画像処理装置によって圧電振動片20の位置調整を行なっており、圧電振動子10の製造コストを下げることが困難となる。また、パッケージ本体14を移送する場合に、バリ状の突起が形成されている部分を把持すると、割れや欠けが発生しやすく、不良率が増大する。
【0007】
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、高い気密性が得られ、より小型化、薄型化を可能にすることを目的としている。
また、本発明は、圧電振動片の実装の際に、画像処理装置などの高価な機器を不要とすることを目的としている。
さらに、本発明は、圧電振動子の組立を容易、正確に行なえるようにすることなどを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧電振動子用パッケージは、圧電振動片が配置されるキャビティを形成する金属製の枠部材と、この枠部材の下部に封着した少なくとも一部が絶縁体からなるベース部と、このベース部の下面に配置する板状の外部端子部と、この外部端子部に突設されて前記ベース部に設けた貫通孔に挿入されて前記圧電振動片の電極部と電気的に接続される接続端子部とを備えた端子部材と、を有することを特徴としている。
【0009】
このようになっている本発明は、圧電振動片が配置されるキャビティを形成する枠部材を金属によって形成しているため、薄くした場合であっても高い気密性を保持することができ、セラミックのように割れたりするおそれがない。したがって、さらに小型、薄型化した場合であっても、高い信頼性が得られる。また、枠部材を金属によって形成しているため、高い寸法精度が得られ、圧電振動片を実装する際のパッケージの位置決め精度を向上することができ、高価な画像処理装置などを用いなくとも、圧電振動片を精度よく実装することができる。
【0010】
金属製の枠部材は、下部の外面を絶縁材によって覆うとよい。これにより、金属性の枠部材が実装基板の電極パターンと短絡するのを確実に防ぐことができる。すなわち、外部端子部を実装基板の電極パターンに半田によって接合したときに、半田がパッケージの外面下部を這い上がることがある。しかし、本発明は、金属製の枠部材の下部が絶縁材によって覆ってあるため、パッケージの下部を這い上がった半田が、枠部材と接触するのを確実に防止することができる。金属製の枠部材の下部を覆う絶縁材は、絶縁性塗料や樹脂などであってもよいが、ベース部を構成している絶縁体であることが望ましい。これにより、金属製の枠部材とベース部とを接合する際に、枠部材の下部を絶縁体によって容易に覆うことができ、工程の簡素化を図ることができる。
【0011】
そして、接続端子部は、ベース部を貫通した上端部に圧電振動片の位置決め部を形成することができる。接続端子部に圧電振動片の位置決め部を設けると、圧電振動片を実装する際の位置決めをより容易、正確に行なうことができる。また、枠部材には、内面に圧電振動片の位置決めをする位置決め凸部が形成できる。これにより、圧電振動片を実装する際の位置決めをより容易、正確に行なうことができ圧電振動子の組立を容易、正確に行なうことができる。
【0012】
さらに、ベース部には、圧電振動片を支持する支持部を形成することができる。圧電振動片を接続端子部に片持ち梁状に接合(マウント)したときに、ベース部に設けた支持部によって圧電振動片の先端側を支持することにより、圧電振動片を容易、確実に水平に保持することができる。このため、圧電振動片を収容するキャビティの上下方向の寸法を小さくすることができ、パッケージの薄型化を図ることができる。そして、接続端子部は、圧電振動片の辺に沿って長い矩形などの多角形や長円形、楕円形などに形成することができる。これにより、圧電振動片を安定して支持することができる。また、圧電振動片との接合面積が大きくなって接合強度が向上し、耐衝撃性を高めることができる。
【0013】
外部端子部は、ベース部の側面に露出させることが望ましい。外部端子部をベース部の側面から露出させると、電子機器の実装基板などの電極パターンに外部端子部を介して実装した際に、電極パターンとの接合が良好に行なわれているか否かを目視により容易に確認することができる。そして、枠部材には、上端部に蓋部の位置決めをする位置決め係止部を設けることができる。これにより、パッケージを封止する際の蓋部の位置決めを容易、正確に行なうことができる。
【0014】
本発明に係る圧電振動子は、上記した圧電振動子用パッケージを有することを特徴としている。これにより、上記の効果を有する圧電振動子を提供することができる。
また、本発明に係る圧電振動子は、金属製の枠部材と、この枠部材の下部に封着した少なくとも一部が絶縁体からなるベース部と、このベース部の下面に配置する板状の外部端子部と、この外部端子部に突設されて前記ベース部を貫通した接続端子部とを備えた端子部材と、前記枠部材の形成するキャビティ内に配置されて前記接続端子部と嵌合する嵌合孔が形成された圧電振動片と、を有することを特徴としている。
【0015】
このようになっている本発明の圧電振動子は、圧電振動片が配置されるキャビティを形成する枠部材を金属によって形成したことにより、より小型、薄型化した場合でも高い気密性を保持することができ、信頼性を向上することができる。しかも、圧電振動片に設けた嵌合孔と接続端子部とを嵌合させることにより、圧電振動片を実装するときの位置決めを容易、精度よく行なうことができ、圧電振動子の組立を容易、正確に行なうことができる。
【0016】
接続端子部は、先端部を漸次細くするとよい。このように接続端子部にテーパを形成することにより、圧電振動片の上下方向の支持位置を容易、正確に設定することが可能となり、組立工程を簡略化することができる。また、枠部材には、上端部に蓋部の位置決めをする位置決め係止部を設けるとよい。これにより、パッケージを封止する際の蓋部の位置決めを容易、正確に行なうことができる。
【0017】
本発明に係る圧電デバイスは、上記した圧電振動子を有することを特徴としている。これにより、上記の効果を伴った圧電デバイスを提供することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電振動子用パッケージ並びに圧電振動子および圧電デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は蓋部を取り除いた状態の平面図であり、(2)は(1)のA−A線に沿った断面図、図2は上方から見た斜視図であり、図3は下方から見た斜視図、図4は分解斜視図である。
【0019】
これらの図において、圧電振動子30は、圧電振動片32がパッケージ34の内部に配置してある。圧電振動片32は、実施形態の場合、圧電材料である水晶板36によって形成してある。そして、圧電振動片32は、水晶板36の両面の中央部に励振電極部38a、38b(励振電極部38bは図示せず)が形成してあるとともに、長手方向の両端部に接続電極部40(40a、40b)が設けてある。各接続電極部40は、それぞれ水晶板36の上下の両面に形成してあって、それぞれの両面の接続電極部40が電気的に接続されている。また、接続電極部40aは配線部42aを介して上面の励振電極部38aに接続してあり、接続電極部40bは配線部42bを介して下面の励振電極部38bに接続してある。
【0020】
パッケージ34は、図1(2)に示したように、圧電振動片32を収容するキャビティ44を形成する枠部材46と、ベース部48と、蓋部50とを有している。枠部材46とベース部48とはパッケージ本体を形成していて、実施形態の場合、枠部材46が金属であるコバールから形成してあって、ベース部48が絶縁体であるホウケイ酸ガラスによって形成してある。そして、枠部材46とベース部48とは、整合封止型のハーメチックシール構造に封着してある。また、蓋部50は、枠部材46と同様にコバールから形成してある。パッケージ34は、圧電振動片32をキャビティ44内に実装したのち、蓋部50が枠部材46の上に配置されて、シーム溶接などによって枠部材46に接合されたことにより、気密に封止される。
【0021】
ベース部48には、一対の端子部材52(52a、52b)が設けてある。各端子部材52は、ベース部48の下面に配置される外部端子部54と、この外部端子部54に突設され、ベース部48に設けた貫通孔56に挿入される接続端子部58とからなっている。これらの端子部材52は、コバールからなっていて、ベース部48に封着されて整合封止型ハーメチックシールを形成している。そして、各端子部材52は、図3、図4に示してあるように、板材から形成してあって、外部端子部54が平板状をなし、接続端子部58が絞り加工によって外部端子部54と一体に形成してある。また、端子部材52は、この実施形態の場合、接続端子部58の上端がベース部48の上面よりやや突出していて、圧電振動片32のマウント部となっている。そして、圧電振動片32は、接続電極部40a、40bが導電性接着剤60によって各端子部材52の接続端子部58に接合してある(図1(2)参照)。
【0022】
枠部材46は、図4に示してあるように、長手方向に位置する各短辺部62の下端に、ベース部48を嵌入させる凹部64が設けてある。そして、ベース部48は、枠部材46の各短辺部62に対応した長手方向両端部が薄肉部66となっているとともに、両薄肉部66の間がキャビティ44内に挿入される厚肉部68となっている。したがって、ベース部48は、枠部材46に対して、凹部64によって短手方向の位置決めがなされ、薄肉部66と厚肉部68との境界部に形成された段部70によって長手方向の位置決めがなされるようになっている。また、ベース部48は、長手方向両側の下面に端子部材52の外部端子部54を嵌入させる位置決め凹部72が形成してある(図2参照)。さらに、各外部端子部54は、一側面がベース部48の側面(パッケージ34の側面)から露出している。
【0023】
図5は、第1実施形態に係る圧電振動子30の製造工程のフローチャートである。まず、図5のステップ81に示したように、圧電振動片32、枠部材46、ベース部48、蓋部50、端子部材52をそれぞれ個別に形成する。圧電振動片32は、従来と同様に機械加工やフォトリソ加工により所定の形状に形成される。
【0024】
枠部材46、端子部材52は、所定の厚さのコバールをプレスによって打ち抜き、成形加工して形成する。蓋部50も所定の厚さのコバールをプレスによって所定の形状に打ち抜くことによって形成する。ただし、これらは鍛造によって形成してもよい。また、ベース部48は、ホウケイ酸ガラスの粉末を型に入れ、プレスによって圧力をかけながら焼結することによって製造される。
【0025】
このようにして形成された枠部材46、ベース部48、端子部材52は、カーボンによって形成した治具(図示せず)内において組み立てられる(ステップ82)。その後、治具を炉の中に配置して所定の温度に加熱し、枠部材46とベース部48、ベース部48と端子部材52とを封着(ハーメチックシール)し、表面処理する(ステップ83)。
【0026】
次に、端子部材52の接続端子部58に導電性接着剤60を塗布する(ステップ84)。さらに、ステップ85に示したように、圧電振動片32をキャビティ44内に搬入し、導電性接着剤60を介してベース部48に実装する。その後、真空または窒素雰囲気下において枠部材46の上に蓋部50を配置し、シーム溶接などによって枠部材46と蓋部50とを気密に接合してパッケージ34を封止する(ステップ86、87)。
【0027】
このようにして得た圧電振動子30は、枠部材46および蓋部50が金属であるコバールによって形成してあるとともに、ベース部48がガラスによって形成してあり、いずれもセラミックのような多孔質でないため、薄くしても封止が破れるおそれがなく、圧電振動子30を従来に比較してより一層小型、薄型化することができるとともに、信頼性を向上することができる。しかも、枠部材46は、金属によって形成されているため、バリなどの発生がなく、セラミックパッケージに比較して高精度の加工を行なうことができる。このため、圧電振動片32を実装する際のパッケージ34の位置決めを正確に行なうことが可能で、高価な画像処理装置などを用いなくとも圧電振動片32をキャビティ44内に容易に実装することができる。したがって、設備費などを削減することができてコストの削減が図れる。また、枠部材46が金属によって形成してあるため、セラミックパッケージに比較して大きな強度が得られ、パッケージを移送するときに把持したとしても、割れや欠けが発生することがなく、不良率を低減することができる。
【0028】
図6は、第1実施形態に係る圧電振動子30を、電子機器などの実装基板に実装した状態の斜視図の一部を模式的に示したものである。圧電振動子30は、端子部材52の外部端子部54を介して実装基板90に設けた電極パターン92に半田によって接続される。すなわち、実装基板90の電極パターン92には半田が塗布してある。そして、圧電振動子30は、外部端子部54が電極パターン92の上に配置された状態でリフロー炉に搬入され、半田が溶融されることにより、半田を介して外部端子部54が電極パターン92に接合される。そして、実施形態の圧電振動子30は、外部端子部54の側面がベース部48の側面に露出しているため、半田フィレット94を視認することができる。したがって、外部端子部54が電極パターン92に確実に接続されたか否かを目視によって容易に確認することができる。また、圧電振動子30は、枠部材46の下端面と外部端子部54の下面とがほぼ同じ位置となっているため、圧電振動子30を実装基板90に実装する際に、圧電振動子30が傾いたりするのを防ぐことができる。
【0029】
図7は、第2実施形態の説明図であって、(1)が蓋部を省略した平面図、(2)が(1)のB−B線に沿った断面図である。この実施形態に係る圧電振動子100は、端子部材102の形状が第1実施形態と異なっており、他は第1実施形態と同様である。この第2実施形態における端子部材102は、ベース部48の下面に配置される板状の外部端子部54と、ベース部48を上下方向に貫通している接続端子部104とが一体に形成してある。そして、接続端子部104の上端部には、圧電振動子100の中央側に半円状の支持部106が設けてあって、この支持部106の上に圧電振動片32の端部を配置するようになっている。また、接続端子部104は、支持部106の外側に枠部材46の短辺部62と平行な位置決め段部(位置決め部)108が形成してあって、圧電振動片32の図7における左右方向の位置決めをできるようにしてある。
【0030】
このようになっている圧電振動子100は、圧電振動片32を実装する場合、圧電振動片32の短辺中央部を接続端子部104に設けた支持部106の上に配置する。その後、接続端子部104と圧電振動片32の短辺中央部とに導電性接着剤を塗布して硬化させる。これにより、圧電振動片32の本図に図示しない接続電極部が接続端子部104に電気的に接続される。
【0031】
このように、第2実施形態の圧電振動子100は、圧電振動片32を接続端子部104に形成した支持部106に配置することにより、長手方向の位置が容易、正確に位置決めされるため、組立を容易、正確、迅速に行なうことができる。
【0032】
図8は、第3実施形態の説明図であって、(1)は蓋部を省略した平面図、(2)は(1)のC−C線に沿った断面図である。この実施形態に係る圧電振動子110は、端子部材112が外部端子部54と外部端子部54に突設した接続端子部114とからなっている。接続端子部114は、枠部材46に封着したベース部48の上面から突出した先端部がテーパ状に形成してあって、先端に向けて漸次細くなっている。そして、圧電振動片116は、長手方向の両端部に接続端子部114と嵌合させる嵌合孔118が設けてある。また、嵌合孔118は、接続端子部114の最大外形より小さく形成してある。圧電振動片116に形成した本図に図示しない接続電極部と接続端子部114との電気的接続は、圧電振動片116の嵌合孔118と接続端子部114とを嵌合させたのち、導電接着剤を塗布して行なう。
【0033】
このようになっている第3実施形態の圧電振動子110は、端子部材112の接続端子部114の上端部がテーパ状に形成してあるとともに、圧電振動片116に接続端子部114と嵌合させる嵌合孔118を設けたことにより、圧電振動片116の長手方向および短手方向の位置決めを容易、正確に行なうことができる。
【0034】
図9ないし図11は、圧電振動片を片持ち梁状に実装するパッケージ本体の実施形態を示したものである。図9(1)はパッケージ本体120の平面図、(2)が底面図、(3)は(1)のD−D線に沿った断面図、(4)は(1)のE−E線に沿った断面図である。このパッケージ本体120は、額縁状の枠部122とベース部124とを有していて、ベース部124が金属底板部126とガラス底板部128とからなっている。なお、外部端子部132の配置される部分のみハーメチックシール構造に封着している。金属底板部126は、実施形態の場合、コバールからなっていて、枠部122と一体に形成してある。
【0035】
ガラス底板部128は、枠部122の長手方向一側に配置してある。また、ガラス底板部128には、コバールからなる一対の端子部材130が固着してある。端子部材130は、同図(3)に示してあるように、ガラス底板部128の下面に配置される外部端子部132と、この外部端子部132に突設されてガラス底板部128を貫通している接続端子部134とからなっている。そして、各端子部材130の外部端子部132は、パッケージ本体120の短手方向に沿って配置され、一側面がガラス底板部128の側面から露出している。
【0036】
図10は、パッケージ本体の他の実施形態を示したもので、(1)はパッケージ本体140の平面図であり、(2)は底面図、(3)は(1)のF−F線に沿った断面図である。このパッケージ本体140は、コバールによって形成した額縁状の枠部材142と、ホウケイ酸ガラスからなるベース部144とを有している。そして、ベース部144の長手方向一側には、一対の端子部材146が設けてある。端子部材146は、コバールから形成してあって、ベース部144の下面に位置する外部端子部148と、ベース部144を貫通させた接続端子部150とからなっている。各外部端子部148は、パッケージ本体140の同じ短辺に向けて配置してあって、一側面がベース部144の側面から露出している。
【0037】
図11(1)はさらに他の実施形態に係るパッケージ本体160の平面図であり、(2)は底面図、(3)は(1)のG−G線に沿った断面図である。この実施形態に係るパッケージ本体160は、額縁状の枠部材162とベース部164とを有する。枠部材162はコバールから形成してあり、ベース部164はホウケイ酸ガラスによって形成してある。そして、ベース部164の長手方向一側には、一対の貫通孔166が設けてある。これらの貫通孔166には、端子部材168、170の接続端子部172、174が挿通してある。各端子部材168、170は、ベース部164の下面に配置される平板状の外部端子部176、178を有し、これらの外部端子部176、178に接続端子部172、174が一体に突設してある。そして、一方の端子部材168は、外部端子部176の一端がベース部164の一方の短辺180に向けて延ばされ、この短辺180の側面に露出している。また、他方の端子部材170は、一端面が短辺180と対向した短辺182の側面に露出している。
【0038】
図9ないし図11に示したパッケージ本体120、140、160を用いた圧電振動子においても、前記と同様の効果を得ることができる。なお、図11(3)に2点鎖線で示したように、各接続端子部172、174間のベース部164に溝184を形成すると、一方の接続端子部(例えば、接続端子部172)に塗布した導電性接着剤が他方の接続端子部(例えば、接続端子部174)側に流れるのを防止することができ、本図に図示しない圧電振動片を実装することによる両者の短絡を防止することができる。なお、各接続端子部172、174間のベース部に突起を形成することにより、接続端子部間の短絡を防ぐことができる。
【0039】
図12は、第4実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は平面図、(2)は(1)のH−H線に沿った断面図である。この実施形態に係る圧電振動子200は、コバールによって形成した額縁状の枠部材202と、枠部材202の下端部に封着したホウケイ酸ガラスからなるベース部204とを有する。ベース部204は、同図(1)の右側端部近くに前記したものと同様の端子部材(図示せず)が一対設けてあって、各端子部材の接続端子部がベース部204を貫通している。そして、各接続端子部には、導電性接着剤を介して音叉型圧電振動片206のマウント部208に設けた接続電極部(図示せず)が接続してある。一方、枠部材202の内面には、音叉型圧電振動片206のマウント部208と対応した位置に、マウント部208を挟み込むように一対の位置決め部210が突設してある。また、枠部材202は、上端面の四隅にL字状に形成した位置決め係止部212が設けてある。そして、蓋部材50は、これらの位置決め係止部212の内側に配置するようになっている。
【0040】
このようになっている第4実施形態の圧電振動子200は、枠部材202内における圧電振動片206の幅方向の位置決めを容易、正確に行なえるとともに、蓋部50の位置決めを容易、正確に行なうことができる。したがって、圧電振動子200の組立を容易、正確に行なうことができる。なお、実施形態においては、位置決め係止部212を枠部材202の四隅に設けた場合について説明したが、対角位置の2ヶ所であってもよい。
【0041】
図13は、第5実施形態に係る圧電振動子の要部説明図であって、(1)は平面図、(2)は正面図である。この実施形態に係る圧電振動子220は、パッケージ本体222が前記実施形態と同様に、コバールからなる枠部材と、枠部材に封着したホウケイ酸ガラスからなるベース部とを有する。そして、パッケージ本体222の上には、コバールからなる蓋部224が配置してある。蓋部224は、下面にパッケージ本体222と遊嵌する厚肉部226が形成してある。この蓋部224は、シーム溶接などによってパッケージ本体222に気密に接合してある。このようになっている圧電振動子220は、蓋部224の厚肉部226をパッケージ本体222に嵌合させることにより、位置ずれを生ずることなく容易に配置することができる。
【0042】
図14は、第6実施形態の断面図である。この第6実施形態に係る圧電振動子は、金属製枠部材の下部外面が絶縁材によって覆ってある。図14(1)に示した圧電振動子230は、パッケージ本体232が金属製の枠部材234とベース部236とからなっている。枠部材234は、コバールから形成してある。そして、枠部材234は、下部の断面が楔状になっていて、ベース部236に挿入した状態になっている。すなわち、枠部材234は、下部の外面に傾斜面238が形成してあって、下方に向けて肉厚が次第に薄くなるようにしてある。また、この傾斜面238は、ベース部236を構成している絶縁体(絶縁材)であるホウケイ酸ガラスによって覆われている。このようになっている圧電振動子230は、端子部材52(52a、52b)の外部端子部54を介して実装基板90の電極パターン92に実装したときに、枠部材234が電極パターン92と短絡するのを防ぐことができる。
【0043】
すなわち、外部端子部54を半田244によって電極パターン92に接合したときに、半田244のフィレット246が形成される。ところが、このフィレット246は、図に示したように、外部端子部54の上端を超えてパッケージ本体232の外面を這い上がることがある。このため、枠部材234は、2点鎖線に示したように、傾斜面238が形成されておらず、ホウケイ酸ガラスによって覆われていない場合、フィレット246と接触して電極パターン92と短絡することになる。しかし、第6実施形態の圧電振動子230は、枠部材234の下部に傾斜面238を設けて絶縁材であるホウケイ酸ガラスによって覆ってあるため、枠部材234がフィレット246と接触することがなく、枠部材234と電極パターン92との短絡を確実に防ぐことができる。しかも、実施形態においては、枠部材234とベース部236とを封着することにより、傾斜面238を容易に絶縁材(ホウケイ酸ガラス)によって覆うことができ、工程の簡素化を図ることができる。
【0044】
図14(2)は、図14(1)の第1変形例を示したものである。図14(2)に示した第1変形例の圧電振動子230aは、パッケージ本体232aがコバールからなる金属製の枠部材234aと、ホウケイ酸ガラスからなるベース部236aとを有している。そして、枠部材234aの下部外面が円弧状の曲面250となっていて、この曲面250がベース部236aを構成している絶縁材であるホウケイ酸ガラスによって覆われている。他の構成は、図14(1)に示した圧電振動子230と同様である。この第1変形例に係る圧電振動子230aにおいても、前記と同様の効果を得ることができる。
【0045】
図14(3)は、第6実施形態の第2変形例を示したものである。この第2変形例に係る圧電振動子230bは、パッケージ本体232bを構成している枠部材234bの下部外周面に切欠き部252が形成され、この切欠き部252がベース部236bによって覆われている。枠部材234bは金属であるコバールから形成してあり、ベース部236bは絶縁体であるホウケイ酸ガラスから形成してある。この第2変形例に係る圧電振動子230bにおいても前記と同様の効果を得ることができる。
【0046】
なお、この第6実施形態に示した傾斜面238、曲面250、切欠き部252は、枠部材を母材(コバール板)から打ち抜き加工する際に形成することができる。また、実施形態においては、枠部材の下部外面をホウケイ酸ガラスによって覆った場合について説明したが、絶縁性塗料や樹脂を塗布してもよい。この場合、枠部材は、下部に傾斜面238などを形成する必要がない。
【0047】
図15は、第7実施形態の説明図であって、(1)はパッケージ本体の平面図、(2)は(1)のJ−J線に沿った断面図、(3)は(1)のK−K線に沿った断面図、(4)はパッケージ本体の底面図である。この第7実施形態に係るパッケージ本体260は、枠部262とベース部264とを有している。ベース部264は、枠部262と一体成形したコバールからなる金属底板部266と、ホウケイ酸ガラスから形成したガラス底板部128とからなっている。そして、ガラス底板部128は、パッケージ本体260の長手方向一側に設けてあって、コバールからなる一対の端子部材130が取り付けてある。各端子部材130は、接続端子部134がガラス底板部128を貫通し、パッケージ本体260のキャビティ268内に突出している。
【0048】
各接続端子部134は、図15(2)、(3)に示したように、圧電振動片270が導電性接着剤(図示せず)によって接合され、圧電振動片270の一端側を支持する。また、金属底板部266は、図15(1)に示したように、上面に円柱状の支持凸部272が設けてある。この支持凸部272は、圧電振動片270の支持部であって、図15(3)に示したように、圧電振動片270の他端中央部と対応した位置に形成してある。
【0049】
このようになっているパッケージ本体260は、圧電振動片270を両端部で支持することができるため、圧電振動片270を容易、確実に水平に実装することができる。このため、圧電振動片270を配置するキャビティ268の高さを低くすることが可能となり、パッケージ本体260の薄型化が図れ、ひいては圧電振動子を薄型化することができる。なお、支持凸部272は、円柱状でなくともよく、矩形状等の他の形状であってもよい。また、支持凸部272の上端に圧電振動片270の位置決め用の段部等を形成してもよい。さらに、支持凸部272は、複数設けてもよいし、ベース部264の全体をホウケイ酸ガラスによって形成した場合であっても形成することができる。
【0050】
図16は、第8実施形態の説明図であって、(1)はパッケージ本体の平面図、(2)は(1)のL−L線に沿った断面図、(3)は(1)のM−M線に沿った断面図である。この第8実施形態に係るパッケージ本体280は、コバールからなる枠部材282とホウケイ酸ガラスから形成したベース部284とを有する。ベース部284には、図16(3)に示したように、長手方向の両側に端子部材286が設けてある。端子部材286は、接続端子部288と外部端子部290とからなっていて、側面視L字状に形成してある。接続端子部288は、上面視矩形状に形成してあって、ベース部284を貫通し、上端がパッケージ本体280の内部に突出している。そして、端子部材286は、接続端子部288の長手方向が本図に図示しない圧電振動片の辺に沿った方向に配置されるようにベース部284に気密に接合してある。
【0051】
このようになっているパッケージ本体280は、本図に図示しない圧電振動片の両端部に設けた接続電極部を、導電性接着剤を介して接続端子部288に接合する。そして、接続端子部288は、圧電振動片の辺に沿って長く形成してあるため、圧電振動片を安定して支持することができ、接合面積が大きくなって接合強度が向上し、耐衝撃性を高めることができる。なお、接続端子部は、五角形や六角形等の他の多角形であってもよく、長円形や楕円形などであってもよい。
【0052】
上記の各実施形態に係る圧電振動子は、水晶発振器や水晶フィルタなどの圧電デバイスとして使用することができる。例えば、水晶発振器として使用する場合、上記の圧電振動子を、発振回路を構成する集積回路(図示せず)とともに、配線パターンが形成してあるモジュール基板に実装することにより、水晶発振器モジュールを形成することができる。また、上記したパッケージ内に上記の圧電振動片とともに集積回路を実装することにより、水晶発振器パッケージが得られる。
【0053】
なお、上記に説明した各実施形態は、本発明の一態様であって、これらに限定されるものではない。例えば、圧電振動片は平板状のものばかりでなく、中央部が凹部となっているいわゆる逆メサ型や、周縁部が中央部より薄くなっているコンベックス型、あるいは弾性表面波(SAW)素子であってもよい。また、前記実施形態においては、接続端子部を円柱状に形成した場合について説明したが、接続端子部は、多角柱状や楕円柱状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は蓋部を省略した平面図、(2)は(1)のA−A線に沿った断面図である。
【図2】第1実施形態に係る圧電振動子の上側から見た斜視図である。
【図3】第1実施形態に係る圧電振動子の下側から斜視図である。
【図4】第1実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。
【図5】第1実施形態に係る圧電振動子の製造工程のフローチャートである。
【図6】第1実施形態に係る圧電振動子の電子機器などの実装基板に実装した状態を模式的に示した一部斜視図である。
【図7】第2実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は蓋部を省略した平面図、(2)は(1)のB−B線に沿った断面図である。
【図8】第3実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は蓋部を省略した平面図、(2)は(1)のC−C線に沿った断面図である。
【図9】圧電振動片を片持ち梁状に実装するパッケージ本体の実施形態の説明図であって、(1)は平面図、(2)は底面図、(3)は(1)のD−D線に沿った断面図、(4)は(1)のE−E線に沿った断面図である。
【図10】他の実施形態に係るパッケージ本体の説明図であって、(1)は平面図、(2)は底面図、(3)は(1)のF−F線に沿った断面図である。
【図11】さらに他の実施形態に係るパッケージ本体の説明図であって、(1)は平面図、(2)は底面図、(3)は(1)のG−G線に沿った断面図である。
【図12】第4実施形態に係る圧電振動子の説明図であって、(1)は平面図、(2)は(1)のH−H線に沿った断面図である。
【図13】第5実施形態に係る圧電振動子の要部説明図であって、(1)は平面図、(2)は正面図である。
【図14】第6実施形態の断面図である。
【図15】第7実施形態の説明図である。
【図16】第8実施形態の説明図である。
【図17】従来の圧電振動子の説明図であって、(1)は断面図、(2)は蓋部を省略した平面図である。
【符号の説明】
30………圧電振動子、32、116、206………圧電振動片、34………パッケージ、44………キャビティ、46………枠部材、48………ベース部、50………蓋部、52a、52b………端子部材、54………外部端子部、58………接続端子部、100、110、200、220………圧電振動子、102、112、130、146、168、170………端子部材、104、114、134、150、172、174………接続端子部、106………支持部、108………位置決め部(位置決め段部)、118………嵌合孔、120、140、160………パッケージ本体、122………枠部、124、144、164、204………ベース部、132、148、176、178………外部端子部、142、162、202………枠部材、222………パッケージ本体、224………蓋部、226………厚肉部、230………圧電振動子、232、260、280………パッケージ本体、234、234a、234b………枠部材、236、236a、236b………絶縁材(ベース部)、244………半田、262………枠部、264、284………ベース部、272………支持部(支持凸部)、286………端子部材、288………接続端子部。
Claims (13)
- 圧電振動片が配置されるキャビティを形成する金属製の枠部材と、
この枠部材の下部に封着した少なくとも一部が絶縁体からなるベース部と、
このベース部の下面に配置する板状の外部端子部と、この外部端子部に突設されて前記ベース部に設けた貫通孔に挿入されて前記圧電振動片の電極部と電気的に接続される接続端子部とを備えた端子部材と、
を有することを特徴とする圧電振動子用パッケージ。 - 請求項1に記載の圧電振動子用パッケージにおいて、
前記金属製の枠部材は、下部の外面が絶縁材によって覆われていることを特徴とする圧電振動子用パッケージ。 - 請求項1または請求項2に記載の圧電振動子用パッケージにおいて、
前記接続端子部は、前記ベース部を貫通した上端部に前記圧電振動片の位置決め部が形成してあることを特徴とする圧電振動子用パッケージ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の圧電振動子用パッケージにおいて、
前記枠部材は、内面に前記圧電振動片の位置決めをする位置決め凸部が形成してあることを特徴とする圧電振動子用パッケージ。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の圧電振動子用パッケージにおいて、
前記ベース部は、前記圧電振動片を支持する支持部を有していることを特徴とする圧電振動子用パッケージ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の圧電振動子用パッケージにおいて、
前記接続端子部は、前記圧電振動片の辺に沿って長く形成してあることを特徴とする圧電振動子用パッケージ。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の圧電振動子用パッケージにおいて、
前記外部端子部は、前記ベース部の側面に露出していることを特徴とする圧電振動子用パッケージ。 - 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の圧電振動子用パッケージにおいて、
前記枠部材は、上端部に蓋部の位置決めをする位置決め係止部が設けてあることを特徴とする圧電振動子用パッケージ。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の圧電振動子用パッケージを有することを特徴とする圧電振動子。
- 金属製の枠部材と、
この枠部材の下部に封着した少なくとも一部が絶縁体からなるベース部と、
このベース部の下面に配置する板状の外部端子部と、この外部端子部に突設されて前記ベース部を貫通した接続端子部とを備えた端子部材と、
前記枠部材の形成するキャビティ内に配置されて前記接続端子部と嵌合する嵌合孔が形成された圧電振動片と、
を有することを特徴とする圧電振動子。 - 請求項10に記載の圧電振動子において、
前記接続端子部は、先端部が漸次細くしてあることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項10または請求項11に記載の圧電振動子において、
前記枠部材は、上端部に蓋部の位置決めをする位置決め係止部が設けてあることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項9ないし請求項12のいずれかに記載の圧電振動子を有することを特徴とする圧電デバイス。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007067265A (ja) * | 2005-09-01 | 2007-03-15 | Nec Schott Components Corp | 素子保護用電子部品およびその製造方法 |
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-
2003
- 2003-07-01 JP JP2003189714A patent/JP2004096721A/ja not_active Withdrawn
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