JP2006229283A - Piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package.
HDD(ハード・ディスク・ドライブ)、モバイルコンピュータ、あるいはICカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
従来の圧電デバイスは、例えば、図5に示すように構成されている。(特許許文献1参照)。
図において、圧電デバイス1は、パッケージ2内に、圧電振動片3を収容し、パッケージ2を金属製の蓋体4により気密に封止する構造である。
Piezoelectric devices such as piezoelectric vibrators and piezoelectric oscillators in small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers, IC cards, and mobile communication devices such as mobile phones, car phones, and paging systems Is widely used.
A conventional piezoelectric device is configured, for example, as shown in FIG. (See Patent Document 1).
In the figure, a
このような構造においては、圧電振動片3をパッケージ2に収容して気密封止した後で、周波数を測定すると、所望の周波数と僅かなずれを生じることは多い。
この場合、蓋体4の気密封止後であっても、例えば、圧電振動片3に形成されている電極に対して、外部からレーザ光を照射し、電極の一部を蒸散させれば、圧電振動片の振動腕の質量を小さくでき、周波数を高くするように微調整することができる。
しかしながら、図5のように、蓋体4が金属製であると、外部から照射するレーザ光をパッケージ2内に導くことができないので、蓋体は、ガラスで形成することが好ましい。
In such a structure, when the frequency is measured after the
In this case, even after the
However, as shown in FIG. 5, if the
ここで、ガラス材料でなる板体をセラミック製のパッケージのようなものに接合する上では、接合材料として、320度(「摂氏」、なお以下で用いる温度表示は全て摂氏)の融点を持つ低融点ガラスが使用される。
ところが、この種の低融点ガラスには、鉛が含有されており、鉛入りの封止材を使用することは環境汚染につながり好ましくない。
そこで、鉛を含有しない低融点ガラスを用いることになるが、そのようなものの融点は、400度以上となり、比較的高い温度となって、圧電振動片自体の特性を悪化させるおそれがある。また、比較的低い融点の鉛フリー低融点ガラスも研究されているが、高価格であり、不向きである。
Here, in joining a plate made of a glass material to a ceramic package or the like, the joining material is a low melting point of 320 degrees (“Centigrade”, and all the temperature indications used in the following are Celsius). A melting point glass is used.
However, this type of low-melting glass contains lead, and the use of a lead-containing sealing material is undesirable because it leads to environmental pollution.
Therefore, low-melting glass not containing lead is used. However, the melting point of such a glass is 400 ° C. or higher, which is a relatively high temperature, which may deteriorate the characteristics of the piezoelectric vibrating piece itself. In addition, lead-free low-melting glass having a relatively low melting point has been studied, but it is expensive and unsuitable.
したがって、ガラス製の蓋体に金属膜を形成し、金属材料の封止材(ロウ材)を使用することになる。金属製のロウ材としては、ハンダがある。特に鉛を含有しない鉛フリーハンダは、錫、銀、銅などの合金であり、200度ないし220度程度と低く、圧電デバイスを実装する際のリフロー工程に耐えないおそれがあり、さらに、封止後にガスを生成し、ガス成分が圧電振動片に付着すると、CI値が上昇してしまう。 Therefore, a metal film is formed on the glass lid, and a metal sealing material (brazing material) is used. As the metal brazing material, there is solder. Lead-free solder that does not contain lead in particular is an alloy of tin, silver, copper, etc., which is as low as about 200 to 220 degrees, and may not withstand the reflow process when mounting a piezoelectric device. When the gas is generated later and the gas component adheres to the piezoelectric vibrating piece, the CI value increases.
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、パッケージと蓋体とを環境汚染のおそれなく封止し、しかも周波数を精密に調整できて、CI値の上昇を防止できる構造の圧電デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a structure in which the package and the lid are sealed without fear of environmental pollution, and the frequency can be precisely adjusted to prevent an increase in CI value. An object is to provide a piezoelectric device.
上述の目的は、第1の発明にあっては、ベース基体と、前記ベース基体に固定された圧電振動片と、前記ベース基体もしくはベース基体を含むパッケージに気密に接合されるガラス製の蓋体とを備える圧電デバイスであって、前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージには、前記蓋体との接合箇所に金を含む金属膜が形成されており、前記蓋体の接合面には、接合後に前記圧電振動片に設けた周波数調整用の金属膜に対応する位置を除くようにして、接合用の蓋側金属膜が形成されていて、前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージの前記金属膜と、前記蓋体の前記蓋側金属膜とを金錫合金による封止用金属を溶融させて接合封止されており、さらに、前記ベース基体またはパッケージは、封止用の貫通孔を備えており、該封止用の貫通孔は充填材により孔封止されている圧電デバイスにより、達成される。 According to the first aspect of the present invention, the glass substrate is hermetically bonded to the base substrate, the piezoelectric vibrating piece fixed to the base substrate, and the base substrate or a package including the base substrate. A metal film containing gold is formed at a joint portion with the lid body, and the joint surface of the lid body is joined to the base body or a package including the base base body. A lid-side metal film for bonding is formed so as to exclude a position corresponding to a metal film for frequency adjustment provided on the piezoelectric vibrating piece later, and the metal film of the base substrate or a package including the base substrate And the lid-side metal film of the lid is bonded and sealed by melting a metal for sealing using a gold-tin alloy, and the base substrate or package further includes a sealing through-hole. And the Through hole for locking by a piezoelectric device is sealed Anafu by the filling material, it is achieved.
第1の発明の構成によれば、蓋体がガラス製で、しかも接合後に前記圧電振動片に設けた周波数調整用の金属膜に対応する位置を除くようにして、接合用の蓋側金属膜が形成されているので、蓋体による封止後に、外部からレーザ光を照射して、パッケージ内の圧電振動片の電極などの金属膜の一部を蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をすることができる。
また、ガラス製の蓋体の接合には、金錫合金を用いているので、圧電デバイスの実装時のリフロー時の熱にも耐え、しかも、蓋体の封止時に圧電振動片に悪影響を与えることも同時に防止される。
さらに、パッケージに封止用の貫通孔を備えていることから、蓋体の封止時に該貫通孔から、パッケージ内のガスを排出して、その後孔封止することができる。
かくして、パッケージと蓋体とを環境汚染のおそれなく封止し、しかも周波数を精密に調整できて、CI値の上昇を防止できる構造の圧電デバイスを提供することができる。
According to the configuration of the first aspect of the invention, the lid is made of glass, and the position of the lid corresponding to the frequency adjusting metal film provided on the piezoelectric vibrating piece after bonding is removed, so that the lid side metal film for bonding After sealing with the lid, the laser is radiated from the outside to evaporate part of the metal film such as the electrode of the piezoelectric vibrating piece in the package. Can do.
In addition, since a gold-tin alloy is used to join the glass lid, it can withstand the heat during reflow during mounting of the piezoelectric device, and adversely affects the piezoelectric vibrating piece when the lid is sealed. This is also prevented at the same time.
Further, since the package has a sealing through hole, the gas in the package can be discharged from the through hole when the lid is sealed, and then the hole can be sealed.
Thus, it is possible to provide a piezoelectric device having a structure in which the package and the lid can be sealed without fear of environmental pollution, and the frequency can be precisely adjusted to prevent the CI value from increasing.
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記封止用金属が前記蓋体の接合面にプリコートされていることを特徴とする。
第2の発明の構成によれば、封止用金属が蓋体側にあらかじめプリコートされているので、封止時に例えば、リング状の封止用金属をパッケージと蓋体との間で位置合わせするといった面倒な作業を回避できる。
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the sealing metal is precoated on the joint surface of the lid.
According to the configuration of the second invention, since the sealing metal is pre-coated on the lid body side, for example, the ring-shaped sealing metal is aligned between the package and the lid during sealing. Troublesome work can be avoided.
第3の発明は、第1または2のいずれかの発明の構成において、前記封止用金属もしくは前記蓋側金属膜および前記封止用金属が、前記蓋体の前記ベース基体またはパッケージの接合面に限定された領域に設けられていることを特徴とする。
第3の発明の構成によれば、蓋側金属膜や封止用金属の使用を最低限の量とすることができ、接合されない金属の無用な流れ出しや、金を含む高価な材料の無駄を防止することができる。
According to a third invention, in the configuration of the first or second invention, the sealing metal or the lid-side metal film and the sealing metal are bonded to the base body or the package of the lid. It is characterized in that it is provided in a limited area.
According to the configuration of the third invention, the use of the lid-side metal film and the sealing metal can be made to the minimum amount, and unnecessary flow of unjoined metal and waste of expensive materials including gold can be avoided. Can be prevented.
図1および図2は、本発明の圧電デバイスの一実施形態を示しており、図1はその概略平面図、図2は図1のA−A線概略切断端面図であり、図3は蓋体を除いた状態の概略平面図である。
これらの図において、圧電デバイス30は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス30は、パッケージ40内に圧電振動片32を収容し、蓋体48により気密に封止した構造である。
具体的には、圧電デバイス30のパッケージ40は、圧電振動片を気密に収容するもので、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。すなわち、パッケージ40は、ベース基体31となる第1の基板41およびこの第1の基板41の上に積層された第2の基板42と、第2の基板42の上にさらに積層された第3の基板47とを有している。
1 and 2 show one embodiment of the piezoelectric device of the present invention, FIG. 1 is a schematic plan view thereof, FIG. 2 is a schematic cut end view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. It is a schematic plan view of the state which removed the body.
In these drawings, the piezoelectric device 30 shows an example in which a piezoelectric vibrator is configured. The piezoelectric device 30 has a structure in which a
Specifically, the
上記パッケージ40の第1の基板41は、パッケージ底面を構成するもので、その上に積層される第2の基板42の端部、例えば、図1および図2における左端付近には、幅方向の各端部に電極部33,33が形成されている。この電極部33,33上に導電性接着剤34,34を介して圧電振動片32の基部の引出し電極の箇所がマウントされ、接合されている。なお、電極部33,33は図示しない導電スルーホールなどを利用して、パッケージ40の図示しない外部電極である実装端子と接続されている。
図2において、第2の基板42の圧電振動片32の先端部の下方は、凹状に材料が除かれることで、凹部42aが形成されており、外部からの振動により、圧電振動片32の先端が上下方向に振れても、その先端部がパッケージ40の内側底部に衝突して、破損することを防止している。
The
In FIG. 2, a
第1の基板41と第2の基板42は、これらのほぼ中央付近に貫通孔43が形成されている。この実施形態では、貫通孔は第1の基板41に形成された第1の孔44と、第2の基板42に形成され第1の孔44よりも小径の第2の孔45とを有しており、第1の孔44と第2の孔45とは連通されている。そして、貫通孔43は図示するような段付き孔とされて、段部に導電パターン(金属被覆部)(図示せず)が形成されており、金属充填材46を充填することにより孔封止されている。
The
図3に示す圧電振動片32は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム,ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この圧電振動片32は、図1に示すように、パッケージ40側と固定される基部35と、この基部35を基端として、図において右に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕36,37を備える、所謂音叉型振動片である。圧電振動片は、これに限らず、水晶ウエハを矩形にカットしたATカット振動片などでもよい。
The
圧電振動片32の基部35には引出し電極が形成されて、パッケージ40側電極部33,33と電気的に接続され、各振動腕36,37には、好ましくは、腕の伸びる方向に沿った長溝を表裏に同じ形態で形成して、駆動用の電極である励振電極を形成し、上記引出し電極と接続することができる。
さらに、圧電振動片32の各振動腕36,37の例えば先端付近には、周波数調整用の金属被覆部36a,37aが形成されている。この周波数調整用の金属被覆部36a,37aは、圧電振動片32に形成する駆動用電極である励振電極(図示せず)と同じ金属で、同時の工程にて形成することができる。あるいは、周波数調整用の金属被覆部36a,37aは、圧電振動片32の励振電極の一部を利用してもよい。
A lead electrode is formed on the
Further, for example, near the tips of the vibrating
蓋体48は、ガラス製であり、例えば、硼珪酸ガラスなどでなる板状の材料から切り出して使用することができる。蓋体48には、その接合面に蓋側金属膜と、金錫合金でなる封止用金属を設けている。
ここで、図1に示すように、蓋体48の光通過部49を除く領域に、封止用金属を形成する。蓋体48の光通過部49とは、パッケージ40に蓋体48を接合後において、図1に示されているように、圧電振動片32に設けた周波数調整用の金属被覆部36a,37aに対応する位置で、外部からレーザ光を透過させる領域のことである。ここで、蓋側金属膜は、材質によっては、光通過部49を避けて形成しなくてもよい場合があるが、周波数調整用のレーザ光の光量を著しく減少させたり、多くの光量を反射することで、周波数調整に必要な光量が確保できない場合は、蓋側金属膜も封止用金属と同様に光通過部49を避けた領域に形成される。
The
Here, as shown in FIG. 1, a sealing metal is formed in a region excluding the
次に、この蓋側金属膜と封止用金属を説明する。
図4は、パッケージ40と蓋体48の接合箇所を拡大して示す部分断面図である。
図において、パッケージ40の上端である接合面40aには、金属膜54が形成されている。この金属膜54は、例えば、セラミックスに対する下地であるタングステン(W)層51の上に、ニッケル(Ni)層52を被覆し、その上に金(Au)層53を被覆したものである。尚、図示の金属各層は理解の便宜のため実際よりも厚く示している。
Next, the lid side metal film and the sealing metal will be described.
FIG. 4 is an enlarged partial cross-sectional view showing a joint portion between the
In the figure, a
これに対して、蓋体48の一面である接合面48aには、蓋側金属膜65が形成されている。蓋側金属膜65は、例えば、ガラス表面にクロム(Cr)層61を形成し、好ましくは、その表面にニッケル(Ni)層62を形成し、さらにその表面に金(Au)層63を形成したものである。ニッケル層62は、クロム層61から金層63へ、クロムが拡散することを阻止するために設けられる。
On the other hand, a lid-side metal film 65 is formed on the
蓋体48に対する蓋側金属膜65を構成する各層は、ガラス板に、各層に対応した金属を、蒸着またはスパッタリングすることで形成できる。また、好ましくは、蓋側金属層65の表面側には封止用金属64がプリコートされている。封止用金属64は、金錫合金(AuSn)で形成されている。封止用金属64を構成する金錫合金は、予め用意された合金の板を、蓋体48の形状に打ち抜いて、これを加熱溶融して接合することができる。
あるいは、蓋側金属膜65の表面側に、金と錫とを蒸着またはスパッタリングにより順次層形成し、加熱溶融して合金としてもよい。
Each layer constituting the lid-side metal film 65 for the
Alternatively, gold and tin may be sequentially formed on the surface side of the lid-side metal film 65 by vapor deposition or sputtering, and heated and melted to form an alloy.
本実施形態は、以上のように構成されており、その製造の工程を簡単に説明すると、先ず、前工程として、パッケージ40と蓋体48を別々に形成する。
パッケージ40は、貫通孔43を塞がない状態で、圧電振動片32の接合工程を行う。
すなわち、パッケージ40の内面に露出した電極部33,33上に導電性接着剤34,34を塗布し、その上に圧電振動片32をマウントして、乾燥・硬化させることにより、圧電振動片32をパッケージ40内に固定する。
次いで、例えば、真空チャンバー内にパッケージ40を入れて、封止工程を実行する。この場合、パッケージ40に図4で説明した金属膜54が形成されており、蓋体48には、蓋側金属膜65が形成され、さらに、封止用金属64がプリコートされているので、パッケージ40上に蓋体48を載せて、所定の加熱を行うだけで、蓋体48をパッケージ40に対して接合封止することができる。
The present embodiment is configured as described above. The manufacturing process thereof will be briefly described. First, as a previous process, the
The
That is, the
Next, for example, the
この場合、封止用金属64は、金錫合金であるから、280度程度で溶融させることができ、圧電振動片32に悪影響を与える程高い温度ではなく、また、圧電デバイス30を実装する際のリフロー工程で流れ出すような高い温度を用いなくても封止することができる。
この加熱時には、圧電振動片32を接合した導電性接着剤やパッケージ40内部の水分などがガスとして生成されるが、その生成ガスは貫通孔43から外部に放出される(脱ガス)。その後、貫通孔43の内側段部に例えば球形のAuGe合金を配置し、レーザ光などにより溶融させて、充填金属(金属充填材)46とし、貫通孔43を孔封止することができる。
In this case, since the sealing metal 64 is a gold-tin alloy, the sealing metal 64 can be melted at about 280 degrees and is not high enough to adversely affect the piezoelectric vibrating
During this heating, the conductive adhesive bonded to the piezoelectric vibrating
最後に、図2に示すように、外部からレーザ光LBを照射すると、ガラス製の蓋体48を透過してレーザ光LBは圧電振動片32の周波数調整用金属被覆部36a,37a(図3)に当たりその一部を蒸散させることで、質量削減方式による周波数調整がされる。
以上により、圧電デバイス30が完成する。
Finally, as shown in FIG. 2, when the laser beam LB is irradiated from the outside, the laser beam LB is transmitted through the
Thus, the piezoelectric device 30 is completed.
このように、本実施形態にあっては、蓋体48がガラス製で、パッケージ40と接合後に圧電振動片32に設けた周波数調整用の金属被覆部36a,37aに対応する位置を除くようにして、蓋側金属膜65が形成されているので、蓋体48による封止後に、外部からレーザ光LBを照射して、パッケージ40内の圧電振動片32の金属被覆部36a,37aを蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をすることができる。
As described above, in this embodiment, the
また、ガラス製の蓋体48の接合には、金錫合金である封止用金属64を用いているので、圧電デバイス30の実装時のリフロー時の熱にも耐え、しかも、蓋体48の封止時に圧電振動片32に悪影響を与えることも同時に防止される。
さらに、パッケージ40に封止用の貫通孔43を備えていることから、蓋体48の封止時に該貫通孔43から、パッケージ40内のガスを排出して、その後孔封止することができる。このため、圧電振動片32にガス成分が付着してCI値が上昇することがない。
かくして、パッケージと蓋体とを環境汚染のおそれなく封止し、しかも周波数を精密に調整できて、CI値の上昇を防止できる構造の圧電デバイスを提供することができる。
Further, since the sealing metal 64 made of a gold-tin alloy is used for the bonding of the
Further, since the
Thus, it is possible to provide a piezoelectric device having a structure in which the package and the lid can be sealed without fear of environmental pollution, and the frequency can be precisely adjusted to prevent the CI value from increasing.
なお、蓋側金属膜65を構成する金属層のうち、クロム層61は、光通過部49を避けて形成しなくてもレーザ光LBを透過することができる。
また、封止用金属64は、パッケージ40側の金属膜54の表面にプリコートしてもよい。
さらに、封止用金属64は、図4の接合面40aに対応した領域にだけ、蓋体48側もしくはパッケージ40側に形成することができる。これにより、封止時にAuSnが不要に流れ出して、高価な材料の無駄を生じることが防止できる。
Of the metal layers constituting the lid-side metal film 65, the chromium layer 61 can transmit the laser beam LB without being formed avoiding the
Further, the sealing metal 64 may be precoated on the surface of the
Further, the sealing metal 64 can be formed on the
本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態の各構成はこれらを適宜省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージに被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. Each configuration of the embodiment may be omitted as appropriate and combined with other configurations not shown.
In addition, the present invention can be applied to all piezoelectric devices regardless of the names of piezoelectric vibrators, piezoelectric oscillators, etc., as long as they are covered with a package and accommodate a piezoelectric vibrating piece inside. .
30・・・圧電デバイス、31・・・ベース基体、32・・・圧電振動片、33・・・電極部、36,37・・・振動腕、40・・・パッケージ、43・・・貫通孔、48・・・蓋体、54・・・金属膜、64・・・封止用金属、65・・・蓋側金属膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Piezoelectric device, 31 ... Base base | substrate, 32 ... Piezoelectric vibrating piece, 33 ... Electrode part, 36, 37 ... Vibrating arm, 40 ... Package, 43 ... Through-
Claims (4)
前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージには、前記蓋体との接合箇所に金を含む金属膜が形成されており、
前記蓋体の接合面には、接合後に前記圧電振動片に設けた周波数調整用の金属膜に対応する位置を除くようにして、接合用の蓋側金属膜が形成されていて、
前記ベース基体またはベース基体を含むパッケージの前記金属膜と、前記蓋体の前記蓋側金属膜とを金錫合金による封止用金属を溶融させて接合封止されており、
さらに、前記ベース基体またはパッケージは、封止用の貫通孔を備えており、該封止用の貫通孔は充填材により孔封止されている
ことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric device comprising: a base substrate; a piezoelectric vibrating piece fixed to the base substrate; and a glass lid body airtightly bonded to the base substrate or a package including the base substrate.
In the base substrate or a package including the base substrate, a metal film including gold is formed at a joint portion with the lid,
On the bonding surface of the lid, a lid-side metal film for bonding is formed so as to exclude a position corresponding to the frequency-adjusting metal film provided on the piezoelectric vibrating piece after bonding,
The base substrate or the metal film of the package including the base substrate and the lid-side metal film of the lid are bonded and sealed by melting a metal for sealing with a gold-tin alloy,
Furthermore, the base substrate or the package includes a through hole for sealing, and the through hole for sealing is hole-sealed with a filler.
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