JP2004356912A - 表面実装型圧電発振器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基体1の上面に枠体7を取着するとともに、枠体7の内側に圧電振動素子2を搭載し、枠体7の上面に金属製の蓋体8を取着させて圧電振動素子2の収容領域を気密封止し、基体1の下面に凹部4を設け、凹部4内に圧電振動素子2の振動に基づいて発振出力を制御するIC素子3を収容した表面実装型圧電発振器10において、IC素子3を封止材5で被覆するとともに、封止材5の下面で、IC素子3の直下領域に金属製のシールド板6を取着させた。
【選択図】図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる表面実装型圧電発振器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、携帯用通信機器等の電子機器に圧電発振器が用いられている。
【0003】
かかる従来の圧電発振器としては、例えば図6に示すように、セラミック材料等から成る基体51の上面に、圧電振動素子52を搭載し、基体51の下面に形成した凹部54に、IC素子53を搭載した構造が知られている(例えば、特許文献1)。
【0004】
このような圧電発振器は、基体51の下面に被着形成された複数の外部接続用端子(図示せず)によってマザーボードに表面実装される、いわゆる表面実装型圧電発振器50である。
【0005】
IC素子54は、半導体等の材料からなる、圧電振動素子52の振動に基づいて発振出力を制御するための能動素子であり、基体51の下面に形成した凹部54に充填された封止材により封止されている。
【0006】
尚、圧電振動素子52としては、水晶振動素子等が用いられ、このような圧電振動素子52は、例えば、基体51上に取着されたシールリング57の内側に位置するように搭載されており、更にシールリング57上に金属製の蓋体58を載置・固定することにより気密封止されている。
【0007】
【特許文献1】
特開2002―100931号公報(図2)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の表面実装型圧電発振器においては、気密封止に用いた蓋体58は金属製であり、その熱膨張率は基体51の熱膨張率と異なるので、表面実装型圧電発振器をマザーボードに実装するとき、熱が加えられた後の降温により、基体51の収縮量と蓋体58の収縮量が異なってしまうので、表面実装型圧電発振器の反り等の変形を発生させる原因の一つになっていた。
【0009】
このように変形した表面実装型圧電発振器は、変形によって基体51の上面に搭載した圧電振動素子52の接合状態が変化し、圧電振動素子52の共振振動に悪影響を及ぼすこととなり、表面実装型圧電発振器の発振信号が変動するという問題があった。
【0010】
また、変形によって封止材の下面が、基体51の下面に被着形成された複数の外部接続用端子が基体の下面より下方に位置することがあり、このような状態で表面実装した場合には、外部接続端子がマザーボードに接触しなくなるので、表面実装圧電発振器の実装性を低下させることとなる。
【0011】
一方、IC素子53は電磁波を放射するので、電子機器に搭載される他の電子部品は、その電磁波を浴びることになり、他の電子部品にも悪影響を及ぼして誤動作させ、その結果として、電子機器の安定な動作にも障害となる。
【0012】
また、IC素子53から放射される電磁波のうち、上方へ放射される電磁波は、基体51の上面に搭載された圧電振動素子52に対しても、浴びせてしまうので、圧電振動素子の共振振動に悪影響を及ぼすこととなり、表面実装型圧電発振器の発振信号が変動するという問題があった。
【0013】
本発明は上記問題に鑑み案出されたもので、その目的は、発振信号を安定させるとともに、実装性に優れ、他の電子部品の動作への影響を少なくした表面実装型圧電発振器を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面実装型圧電発振器は、基体の上面に枠体を取着するとともに、該枠体の内側に圧電振動素子を搭載し、前記枠体の上面に金属製の蓋体を取着させて圧電振動素子の収容領域を気密封止し、前記基体の下面に凹部を設け、該凹部内に前記圧電振動素子の振動に基づいて発振出力を制御するIC素子を収容した表面実装型圧電発振器において、前記IC素子を封止材で被覆するとともに、該封止材の下面で、前記IC素子の直下領域に金属製のシールド板を取着させたことを特徴とするものである。
【0015】
また本発明の表面実装型圧電発振器は、前記蓋体と前記シールド板とが同質の金属により形成され、且つ両者の厚みの差が±15%以内に設定されていることを特徴とするものである。
【0016】
更に本発明の表面実装型圧電発振器は、前記シールド板の下面に樹脂材が被着されているとともに、該樹脂材の一部をシールド板の外側まで延在させ、この延在部が前記封止材に対し接着されていることを特徴とするものである。
【0017】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器は、前記基体の下面で、凹部の周囲に複数個の外部接続用端子が設けられていることを特徴とするものである。
【0018】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器は、前記蓋体及び前記シールド板が前記基体の表面もしくは内部に設けられるグランド配線に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【0019】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器は、前記樹脂材の下面が基体の下面より上方に位置していることを特徴とするものである。
【0020】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器は、圧電振動素子とIC素子との間を隔てる基体の内部にグランド配線が埋設されていることを特徴とするものである。
【0021】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器は、前記凹部の内面に前記シールド板の上面に当接される基準面が設けられていることを特徴とするものである。
【0022】
本発明の表面実装型圧電発振器によれば、基体の下面に設けた凹部に収容したIC素子を封止材で被覆するとともに、該封止材の下面で、前記IC素子の直下領域に金属製のシールド板を取着させたことから、表面実装型圧電発振器の上部と下部の熱膨張係数が近くなり、マザーボードに実装するときに加えられる熱によっても、表面実装型圧電発振器に発生する反り等の変形を小さく抑えることができる。
【0023】
また本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記蓋体と前記シールド板とが同質の金属により形成され、且つ両者の厚みの差が±15%以内に設定されていることから、表面実装型圧電発振器に発生する反り等の変形をより小さく抑えられ、表面実装した場合に外部接続端子がマザーボードに確実に接触できるので、表面実装圧電発振器の実装性を高くすることが可能となる。
【0024】
更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、IC素子より放射される電磁波は、前記IC素子の直下領域に取着させた金属製のシールド板により、吸収されるので、電子機器に搭載される他の電子部品は、浴びる電磁波が少なく、誤動作しにくくなるので、電子機器を安定に動作させることができる。
【0025】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記シールド板は、その下面に被着された樹脂材の一部がシールド板の外側まで延在し、この延在部が前記封止材に対し接着されていることから、効果的に固定することができる。
【0026】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記基体の下面で、凹部の周囲に複数個の外部接続用端子が設けられていることから、小型の表面実装型圧電発振器とすることができる。
【0027】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記蓋体及び前記シールド板が、前記基体の表面もしくは内部に設けられるグランド配線に電気的に接続されていることから、前記蓋体及び前記シールド板がグランド電位となり、前記IC素子から放射される電磁波が吸収されやすくなるので、他の電子部品に与える影響がより少なくなり、これによってさらに電子機器を安定に動作させることが可能となる。
【0028】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記封止材の下面が前記基体の下面より上方に位置していることから、外部接続用端子がマザーボードに確実に接触できるので、表面実装圧電発振器の実装性を高くすることが可能となる。
【0029】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、圧電振動素子とIC素子との間を隔てる基体の内部に埋設したグランド配線に吸収されるようにしたことにより、前記基体の上面に搭載された圧電振動素子は、前記IC素子から放射された電磁波を浴びなくなるので、共振振動が安定することとなり、表面実装型圧電発振器の発振信号の変動を少ないものにすることが可能となる。
【0030】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記凹部の内面に前記シールド板の上面に当接される基準面が設けられていることから、前記シールド板を前記凹部内の適切な位置に固定されるので、前記シールド板の電磁波の吸収や、前記外部接続用端子のマザーボードへの接触を効果的に安定させた表面実装型圧電発振器とすることができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【0032】
図1は本発明の表面実装型圧電発振器を表面実装型水晶発振器に適用した実施形態を示す外観斜視図、図2は図1の表面実装型水晶発振器より蓋体を取り外した状態を示す外観斜視図、図3は図1のA−A’線断面図、図4は図1の表面実装型水晶発振器を下方より見た平面図である。
【0033】
これらの図に示す表面実装型水晶発振器10は、基体1の上面に搭載した水晶振動素子2を、枠体7と金属製の蓋体8により気密封止し、基体1の下面に設けた凹部4にIC素子3を収容し、封止材で被覆した構造を有している。
【0034】
基体1は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料を用いて制作される凹部4を有した基板である。セラミック材料から成る基体1は、例えば、セラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に外部接続用端子1a、グランド配線1b、接続パッド1c、グランド接続パッド1d等の配線導体となる導体ペーストを所定パターンに印刷・塗布するとともに、凹部4となる孔を形成した後にこれを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。
【0035】
基体1の上面に搭載する水晶振動素子2は、従来周知の水熱合成法等によって形成された水晶板を所定の結晶軸でカットして短冊状の水晶片として切り出した上、その両主面に所定形状のマスクを配置して、蒸着やスパッタ等の手段を用いて、一対の励振電極を被着・形成した構造を有している。このような水晶振動素子2は、一対の励振電極間に所定の電圧が印加されると、所定の周波数ですべり振動を起こすようになっており、クロック信号等の基準信号を発生するための振動子として機能する。
【0036】
このような水晶振動素子2は、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中にAg等から成る導電性粒子を所定量、添加・混合してなる導電性接着剤9を介して、基体1に搭載される。
【0037】
基体1上に配置された接続パッド1c上に塗布した導電性接着剤9の上に水晶振動素子2を配置し硬化させることで基体1内に配置された導体(図示せず)と水晶振動素子2の電気的導通と機械的な接合強度を確保できる。
【0038】
基体1の上面に取着される枠体7は、42アロイやコバール,リン青銅等の金属から成るシールリングであり、その内側に水晶振動子2が位置するように取着されている。このような枠体7は、基体1の上面に予め被着させておいた接続パッド1dにロウ付けして接合される。
【0039】
枠体7の上面に載置・固定される蓋体8は、枠体7と同様の金属から成る平板である。このような蓋体8は、上述した水晶振動素子2を枠体7の内側に搭載した後、従来周知の抵抗溶接等によって枠体7の上面に接合する。尚、抵抗溶接によって接合する場合、枠体7や蓋体8の表面には予めNiメッキやAuメッキの層を被着させておき、また、接続パッド1dは、基体1の表面もしくは内部に設けられるグランド配線1bに電気的に接続させておくようにする。
【0040】
以上のような構成により、水晶振動素子2は、枠体7と蓋体8とから成る気密封止された空間に収容されることによって、振動子として安定して機能するようになる。
【0041】
基体1の下面に設けた凹部4に収容されるIC素子3は、その回路形成面に、周囲の温度状態を検知する感温素子(サーミスタ)、水晶振動素子2の温度特性を補償する温度補償データを有し、該温度補償データに基づいて前記水晶振動素子5の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、該温度補償回路に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路等を有している。このようなIC素子3の発振回路で生成された発振出力は、外部に出力された後、例えば、クロック信号等の基準信号として利用されることとなる。
【0042】
またIC素子3は、凹部4に収容された後、ボンディングワイヤを介して凹部4内部に被着されたボンディングパッドと電気的に接続される。或いは、IC素子3に形成したハンダや金のバンプ(図示せず)を介してフリップチップ接続するようにしてもよく、その場合、IC素子3の搭載面積を小さくして、表面実装型水晶発振器10の小型にすることができる。
【0043】
尚、IC素子3の温度補償回路に温度補償データを書き込むための書込端子(図示せず)は基体1の側面等に設けられ、これらの書込端子にデータ書込装置のプローブ針を当て、IC素子3の温度補償回路内に設けられているメモリに水晶振動素子2の温度特性に応じた温度補償データを書き込むことによって温度補償回路内に温度補償データが格納される。
【0044】
基体1の下面に設けられた凹部に充填される封止材5は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール等の樹脂材料を用いて、IC素子3を封止するようにして被覆形成される。
【0045】
封止材5の下面でIC素子3の直下領域に取着されるシールド板6は、42アロイやコバール,リン青銅等の金属から成る金属からなり、凹部4の内面に設けられた基準面4bに接着剤を用いて接合されている。
【0046】
以上のように、本実施形態の表面実装型圧電発振器10においては、基体1の下面に設けた凹部4に収容したIC素子3を封止材5で被覆するとともに、封止材5の下面で、IC素子3の直下領域に金属製のシールド板6を取着させたことから、表面実装型圧電発振器10の上部と下部の熱膨張係数が近くなり、マザーボードに実装するときに加えられる熱によっても、表面実装型圧電発振器10に発生する反り等の変形を小さく抑えることができる。
【0047】
また本実施形態においては、ともに材料にコバールを用い、それぞれの厚みについては、蓋体8を0.1mm、シールド板6を0.085mmとなるように加工している。このように、同質の金属を用いて、且つ両者の厚みの差を±15%以内に設定した結果、表面実装型圧電発振器10に発生する反り等の変形をより小さく抑えられ、表面実装した場合に外部接続端子1aがマザーボードに確実に接触し、表面実装圧電発振器10の実装性を高くすることが可能となった。
【0048】
一方、IC素子3より放射される電磁波は、IC素子3の直下領域に取着させた金属製のシールド板6により、吸収されるので、電子機器に搭載される他の電子部品は、浴びる電磁波が少なく、誤動作を起こしにくくなるので、この表面実装型圧電発振器10が組み込まれる電子機器を安定的に動作させることが可能となる。
【0049】
また本実施形態において、蓋体8が、枠体7を介してグランド接続パッド1dに接続し、シールド板6が、基体1の内部に設けられるグランド配線1bに電気的に接続されていることにより、蓋体8及びシールド板6がグランド電位となるので、IC素子3から放射される電磁波が吸収されやすく、他の電子部品に与える影響がより少なくなり、これによってさらに電子機器として安定に動作させることが可能となる。
【0050】
このとき、IC素子3から放射される電磁波は、水晶振動素子2とIC素子3との間を隔てる基体1の内部に埋設したグランド配線1bに吸収されるので、基体1の上面に搭載された水晶振動素子2は、IC素子3から放射された電磁波を浴びなくなり、共振振動が安定し、表面実装型圧電発振器10の発振信号の変動を少ないものにすることが可能となる。
【0051】
そして、表面実装型水晶発振器10は、シールド板6が凹部4内の内面に設けられた基準面4bによって適切な位置に固定されるので、上述したようなシールド板6の電磁波の吸収や、外部接続用端子1aのマザーボードへの接触を効果的に安定させた小型の表面実装型水晶発振器とすることができる。
【0052】
更にこの場合、樹脂材5bの下面を基体1の下面より上方に位置させてあることから、表面実装型圧電発振器10の実装時、外部接続用端子1aがマザーボードに確実に接触されるようになり、表面実装圧電発振器の実装性を向上させることができる。
【0053】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【0054】
例えば、上述の実施形態においては圧電振動子として水晶振動子14を用いるようにしたが、これに代えて、圧電振動子としてSAWフィルタ等の他の圧電振動子を用いる場合であっても本発明は適用可能である。
【0055】
また、本実施形態においては、金属製のシールド板6を、接着剤を用いて基準面4bに取着させているが、これに代えて、例えば、図5に示すように、シールド板6の下面に被着させた樹脂材5bの一部をシールド板の外側まで延在させ、この延在部を封止材5に対し接着されることによって固定してもよい。この場合、樹脂材5bは、封止材5と同系の材料により形成しておくことが好ましく、特に同質の樹脂材料により形成すれば、シールド板6と凹部4との隙間から流し込んで充填することができるので、取り付けを効果的にして表面実装型圧電発振器の生産性をより高めることができる。
【0056】
【発明の効果】
本発明の表面実装型圧電発振器によれば、基体の下面に設けた凹部に収容したIC素子を封止材で被覆するとともに、該封止材の下面で、前記IC素子の直下領域に金属製のシールド板を取着させたことから、表面実装型圧電発振器の上部と下部の熱膨張係数が近くなり、マザーボードに実装するときに加えられる熱によっても、表面実装型圧電発振器に発生する反り等の変形を小さく抑えることができる。
【0057】
また本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記蓋体と前記シールド板とが同質の金属により形成され、且つ両者の厚みの差が±15%以内に設定されていることから、表面実装型圧電発振器に発生する反り等の変形をより小さく抑えられ、表面実装した場合に外部接続端子がマザーボードに確実に接触できるので、表面実装圧電発振器の実装性を高くすることが可能となる。
【0058】
更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、IC素子より放射される電磁波は、前記IC素子の直下領域に取着させた金属製のシールド板により、吸収されるので、電子機器に搭載される他の電子部品は、浴びる電磁波が少なく、誤動作しにくくなるので、電子機器を安定に動作させることができる。
【0059】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記シールド板は、その下面に被着された樹脂材の一部がシールド板の外側まで延在し、この延在部が前記封止材に対し接着されていることから、効果的に固定することができる。
【0060】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記基体の下面で、凹部の周囲に複数個の外部接続用端子が設けられていることから、小型の表面実装型圧電発振器とすることができる。
【0061】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記蓋体及び前記シールド板が、前記基体の表面もしくは内部に設けられるグランド配線に電気的に接続されていることから、前記蓋体及び前記シールド板がグランド電位となり、前記IC素子から放射される電磁波が吸収されやすくなるので、他の電子部品に与える影響がより少なくなり、これによってさらに電子機器を安定に動作させることが可能となる。
【0062】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記封止材の下面が前記基体の下面より上方に位置していることから、外部接続用端子がマザーボードに確実に接触できるので、表面実装圧電発振器の実装性を高くすることが可能となる。
【0063】
また更に本発明の表面実装型圧電発振器によれば、圧電振動素子とIC素子との間を隔てる基体の内部に埋設したグランド配線に吸収されるようにしたことにより、前記基体の上面に搭載された圧電振動素子は、前記IC素子から放射された電磁波を浴びなくなるので、共振振動が安定することとなり、表面実装型圧電発振器の発振信号の変動を少ないものにすることが可能となる。
【0064】
更にまた本発明の表面実装型圧電発振器によれば、前記凹部の内面に前記シールド板の上面に当接される基準面が設けられていることから、前記シールド板を前記凹部内の適切な位置に固定されるので、前記シールド板の電磁波の吸収や、前記外部接続用端子のマザーボードへの接触を効果的に安定させた表面実装型圧電発振器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の表面実装型圧電発振器を表面実装型水晶発振器に適用した実施形態を示す外観斜視図である。
【図2】図1の表面実装型水晶発振器より蓋体を取り外した状態を示す外観斜視図である。
【図3】図1のA−A’線断面図である。
【図4】図1の表面実装型水晶発振器を下方より見た平面図である。
【図5】図1の表面実装型水晶発振器の他の実施形態におけるB−B’線断面図である。
【図6】従来の表面実装型圧電発振器の断面図である。
【符号の説明】
1・・・基体
1a・・・外部接続用端子
1b・・・グランド配線
1c・・・接続パッド
1d・・・グランド接続パッド
2・・・水晶振動素子
3・・・IC素子
4・・・凹部
4b・・・基準面
5・・・封止材
5b・・・樹脂材
6・・・シールド板
7・・・枠体
8・・・蓋体
9・・・導電性接着剤
10・・・表面実装型水晶発振器
Claims (8)
- 基体の上面に枠体を取着するとともに、該枠体の内側に圧電振動素子を搭載し、前記枠体の上面に金属製の蓋体を取着させて圧電振動素子の収容領域を気密封止し、
前記基体の下面に凹部を設け、該凹部内に前記圧電振動素子の振動に基づいて発振出力を制御するIC素子を収容した表面実装型圧電発振器において、
前記IC素子を封止材で被覆するとともに、該封止材の下面で、前記IC素子の直下領域に金属製のシールド板を取着させたことを特徴とする表面実装型圧電発振器。 - 前記蓋体と前記シールド板とが同質の金属により形成され、且つ両者の厚みの差が±15%以内に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記シールド板の下面に樹脂材が被着されているとともに、該樹脂材の一部をシールド板の外側まで延在させ、この延在部が前記封止材に対し接着されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記基体の下面で、凹部の周囲に複数個の外部接続用端子が設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記蓋体及び前記シールド板が前記基体の表面もしくは内部に設けられるグランド配線に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記樹脂材の下面が基体の下面より上方に位置していることを特徴とする請求項4に記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記基体の内部に、前記圧電振動素子と前記IC素子との間を隔てるグランド配線が埋設されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器。
- 前記凹部の内面に前記シールド板の上面に当接される基準面が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の表面実装型圧電発振器。
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