JP2006339702A - Manufacturing method of piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯用通信機器等の電子機器に用いられる圧電振動子又は圧電発振器等の圧電デバイスの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric device such as a piezoelectric vibrator or a piezoelectric oscillator used in an electronic device such as a portable communication device.
従来の圧電デバイスを圧電デバイスの一つである水晶振動子を例に説明する。セラミック材料等から成る容器体領域上に封止部材としてシールリングを取着させるとともに、このシールリングの内側に位置する凹部の底面に、圧電素子としての水晶振動素子を、その一端側でのみ保持する形で搭載し、更に前記シールリング上に金属製の蓋体を載置・固定することにより凹部内の水晶振動素子を気密封止した構造の水晶振動子が知られている。 A conventional piezoelectric device will be described by taking a crystal resonator which is one of piezoelectric devices as an example. A seal ring is attached as a sealing member on a container body region made of a ceramic material or the like, and a crystal vibration element as a piezoelectric element is held only on one end side of the bottom surface of a recess located inside the seal ring. Further, there is known a crystal resonator having a structure in which a crystal resonator element in a recess is hermetically sealed by mounting and fixing a metal lid on the seal ring.
また、メタライズ層を凹部開口部周囲に有する複数の容器体領域をマトリクス状に集合形成する集合容器体基板(本発明にいう容器体マスター基板と同意)形成工程と、金属板の一方の主面に、前記メタライズ層に相似対応する形状のろう材層を形成し、その後、前記金属板からろう材層付き蓋体を分割形成する蓋体形成工程と、前記集合容器体基板の前記凹部に電子部品を搭載する搭載工程と、前記ろう材層付き蓋体を、前記集合容器体基板の各容器体領域のメタライズ層へ溶着して、凹部内に搭載した電子部品を封止する封止工程と、蓋体が溶着された各容器体領域を所定の切断位置で切断し集合容器体基板から分割する分割工程とからなる圧電デバイスの製造方法が知られている。 Also, an assembly container body substrate (agrees with the container master substrate referred to in the present invention) forming a plurality of container body regions having a metallized layer around the opening of the recess in a matrix, and one main surface of the metal plate Forming a brazing material layer having a shape corresponding to the metallized layer, and then forming a lid with a brazing material layer from the metal plate, and forming an electron in the concave portion of the assembly container body substrate. A mounting step of mounting components, and a sealing step of sealing the electronic component mounted in the recess by welding the lid body with the brazing material layer to the metallized layer of each container body region of the collective container body substrate; There is known a method for manufacturing a piezoelectric device including a dividing step of cutting each container body region to which a lid is welded at a predetermined cutting position and dividing the container body region from a collecting container body substrate.
前述のような圧電デバイスおよびその製造方法については、以下のような技術文献がすでに開示されている。 Regarding the above-described piezoelectric device and its manufacturing method, the following technical documents have already been disclosed.
尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。 In addition, the applicant has not been able to find prior art documents related to the present invention by the time of the filing of the application other than the technical documents specified by the prior art document information described above.
しかしながら、上述した従来の圧電デバイスの製造方法の一例においては、容器体を事前に個々の容器体として製作し、個片化後に得られた個々の容器体に圧電振動素子を個別に搭載することによって製品を組み立てるようにしており、その場合、個々の容器体をキャリア等に搭載して保持させた上で、個々の容器体へ圧電振動素子等の搭載作業を行う必要があることから、その分、製造設備が増え、製造工程も複雑化及び製造時間の長時間化を招く欠点を有していた。 However, in the above-described conventional method for manufacturing a piezoelectric device, the container body is manufactured in advance as individual container bodies, and the piezoelectric vibration elements are individually mounted on the individual container bodies obtained after singulation. In this case, it is necessary to mount the piezoelectric vibration element on each container body after the individual container body is mounted and held on a carrier. However, the manufacturing equipment is increased, and the manufacturing process is complicated and the manufacturing time is increased.
上記課題をある程度解決した集合容器体基板を用いた従来の圧電デバイスの製造方法においても、集合容器体基板の各容器体領域の他方の主面に形成した外部接続用端子電極にメッキ層を形成するには、隣接する各外部接続用端子電極間を導配線で接続させておく必要がある為、集合容器体基板を切断し個々の圧電デバイスに形成するまで、個々の圧電デバイス毎の特性を測定し、良否の判定をすることができないという欠点があった。 In the conventional method for manufacturing a piezoelectric device using a collective container substrate that solves the above problems to some extent, a plating layer is formed on the external connection terminal electrode formed on the other main surface of each container region of the collective container substrate. To connect each external connection terminal electrode with conductive wiring, the characteristics of each piezoelectric device must be maintained until the assembly container substrate is cut and formed into individual piezoelectric devices. There was a drawback that it was not possible to measure and judge the quality.
仮に、集合容器体基板状態で個々の圧電デバイスとしての諸特性を測定するには、外部接続用端子電極を導通する導配線をダイサー、若しくはレーザ光にて切断することにより、集合容器体基板状態での測定を可能にしていたが、導配線を切断することによって生じた導配線切断屑が周囲に飛散し、外部接続用端子電極等に被着するので、圧電デバイスの周波数特性がばらついてしまうという欠点があった。又、飛散した導配線金属屑が、外部接続用端子電極間や配線に付着した場合、短絡状態を引き起こしてしまうという欠点があった。 Temporarily, in order to measure various characteristics as individual piezoelectric devices in the collective container body substrate state, by cutting the conductive wiring that conducts the external connection terminal electrode with a dicer or laser light, the collective container body substrate state However, since the conductive wire cutting waste generated by cutting the conductive wire scatters around and adheres to the terminal electrode for external connection, the frequency characteristics of the piezoelectric device vary. There was a drawback. In addition, there is a drawback in that when the scattered conductive metal scraps adhere to between the external connection terminal electrodes or to the wiring, a short circuit state is caused.
本発明は上述の欠点に鑑みて案出されたもので、その目的は、集合容器体基板の状態で個々の圧電デバイスとしての諸特性を測定することが出来ると共に、外部接続用端子電極同士を接続している配線をダイサー、若しくはレーザ光にて切断することにより生じる導配線切断屑が外部接続用電極端子及び基板上の配線に付着するのを防止し、短絡などの不具合が無く、安定した周波数を出力する圧電デバイスを得ることができる製造方法を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and its purpose is to measure various characteristics as individual piezoelectric devices in the state of a collective container body substrate, and to connect external connection terminal electrodes to each other. Prevents conductive wire cutting waste generated by cutting the connected wiring with a dicer or laser light from adhering to the external connection electrode terminals and the wiring on the substrate, and is stable without any short circuit or other problems. An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of obtaining a piezoelectric device that outputs a frequency.
本発明の圧電デバイスの製造方法は、複数個の容器体領域に区画されるとともに、該容器体領域の一方の主面に開口部を有する凹部が形成されている容器体マスター基板を準備する工程と、
圧電振動素子を該凹部底面上に配置されるようにして各々の該容器体領域に搭載し、該容器体領域内の該開口部を各々囲繞するようにして形成されている封止部材の上に蓋体を取着させる工程と、
予めこの容器体マスター基板の他方の主面に形成した導配線により、互いに電気的に接続されている複数個の外部接続用端子電極にメッキ層を形成した容器体マスター基板の他方の主面に、コーティング材を塗布又は貼付し、該外部接続用端子電極間を導通する該導配線を機械的に切断する工程と、
該コーティング材を除去後、該容器体マスター基板を各容器体領域の外周に沿って切断し、個々の容器体領域を相互に分離することにより複数個の圧電デバイスを同時に得る工程と、
を具備することを特徴とする圧電デバイスの製造方法である。
The method for manufacturing a piezoelectric device of the present invention is a step of preparing a container body master substrate that is partitioned into a plurality of container body regions and in which a recess having an opening is formed on one main surface of the container body region. When,
The piezoelectric vibration element is mounted on each container body region so as to be disposed on the bottom surface of the recess, and the sealing member formed so as to surround each of the openings in the container body region. Attaching the lid to the
On the other main surface of the container master substrate in which a plating layer is formed on a plurality of terminal electrodes for external connection that are electrically connected to each other by a conductive wiring previously formed on the other main surface of the container body master substrate. Applying or pasting a coating material, and mechanically cutting the conductive wiring between the external connection terminal electrodes; and
After removing the coating material, the container body master substrate is cut along the outer periphery of each container body region, and a plurality of piezoelectric devices are obtained simultaneously by separating the individual container body regions from each other;
A method for manufacturing a piezoelectric device comprising:
又、前記コーティング材が水溶性であり、このコーティング材除去工程にて、コーティング材と共に導配線切断屑を除去することを特徴とする前記記載の圧電デバイスの製造方法でもある。 The above-described piezoelectric device manufacturing method is characterized in that the coating material is water-soluble, and in this coating material removing step, conductive wire cutting waste is removed together with the coating material.
本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、容器体マスター基板の各容器体領域に圧電振動素子を搭載・収容し、蓋体で封止した後、導配線を切断することで電気的に独立した外部接続用端子電極へプローブ等を当てて圧電デバイスとしての特性を測定後、容器体マスター基板を分割して個々の圧電デバイスを得るようにしたことから、容器体マスター基板自体が、圧電振動素子搭載時のキャリアとして機能させることができるようになる。 According to the method for manufacturing a piezoelectric device of the present invention, a piezoelectric vibration element is mounted and accommodated in each container body region of a container master substrate, sealed with a lid, and then electrically isolated by cutting the conductive wiring. After applying the probe to the external connection terminal electrode and measuring the characteristics as a piezoelectric device, the container master substrate was divided to obtain individual piezoelectric devices. It becomes possible to function as a carrier when the element is mounted.
従って、個片化した容器体を固定するのに使用されるキャリア等の製造設備は不要になるとともに、容器体マスター基板の分割によって得られた個々の容器体をキャリア上に複数個配置するといった煩雑な工程も不要となり、これによって圧電デバイスの生産性を向上させることが可能となる。 Accordingly, a manufacturing facility such as a carrier used for fixing the singulated container body becomes unnecessary, and a plurality of individual container bodies obtained by dividing the container body master substrate are arranged on the carrier. A complicated process is also unnecessary, and this makes it possible to improve the productivity of the piezoelectric device.
また本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、外部接続用端子電極を導通している導配線を切断する前に、容器体マスター基板の他方の主面に、コーティング材を施し、外部接続用端子電極を接続している配線を切断することよって、配線を切断することで生じる導配線切断屑が飛散し、外部接続用端子電極や配線に付着するのを防止することが可能となる。 Further, according to the method for manufacturing a piezoelectric device of the present invention, a coating material is applied to the other main surface of the container body master substrate before cutting the conductive wiring that is electrically connected to the external connection terminal electrode. By cutting the wires connecting the terminal electrodes, it is possible to prevent the conductive wire cutting waste generated by cutting the wires from scattering and adhering to the external connection terminal electrodes and wires.
更に本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、このコーティング材の除去工程において、コーティング材に付着した導配線切断屑を同時に落とすので、外部接続用端子電極や配線等に付着して短絡を起こすことを防止することができるとともに、容器体マスター基板の状態で、個々の容器体領域での圧電デバイスの周波数特性を安定して測定することができ、生産性を向上させることが可能となる。 Furthermore, according to the method for manufacturing a piezoelectric device of the present invention, in this coating material removal step, the conductive wire cutting waste adhering to the coating material is dropped at the same time, so that it adheres to the external connection terminal electrode and wiring and causes a short circuit. In addition, the frequency characteristics of the piezoelectric device in each container region can be stably measured in the state of the container master substrate, and productivity can be improved.
図1は、本発明の圧電デバイスの製造方法により製造される圧電デバイスの一形態を、圧電デバイスの一つである水晶振動子を例に図示した外観斜視図であり、図2は、本発明の圧電デバイスの製造方法を、圧電デバイスの一つである水晶振動子を例に図示し概略工程図である。尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。図1に示す水晶振動子10は、矩形状の容器体11の一方の主面に開口した凹部12底面に形成した素子接続用電極パッド13に水晶振動素子14が搭載され、また、水晶振動素子14を気密封止するように蓋体15が凹部12開口部を覆うように取着された構造を有している。
FIG. 1 is an external perspective view illustrating an embodiment of a piezoelectric device manufactured by the method for manufacturing a piezoelectric device according to the present invention, taking a quartz resonator as an example of the piezoelectric device as an example, and FIG. FIG. 4 is a schematic process diagram illustrating the method of manufacturing a piezoelectric device of FIG. 1 by taking a crystal resonator as one of piezoelectric devices as an example. In each of the drawings, a part of the structure is not shown, and some dimensions are exaggerated for the sake of clarity. A
図2各図において、複数個の容器体領域Aに区画されるとともに、この容器体領域Aの一方の主面に開口部を有する凹部12が形成されている容器体マスター基板21は、例えば、ガラス−セラミック等のセラミック材料によって概略平板状をなすように形成されており、その個々の凹部12底面には、水晶振動素子14が配設され、容器体マスター基板21の他方の主面には、容器体領域A毎にグランド端子、電源電圧端子、発振出力端子等の外部接続用端子電極22が設けられている。これらの外部接続用端子電極22は、水晶振動子をマザーボード等の外部電気回路網に搭載する際、外部電気回路網の回路配線と電気的に接続されるようになっている。
In each figure of FIG. 2, while being divided into the several container body area | region A and the
封止部材23は、蓋体15の容器体接合面、又は蓋体15が配置される容器体11の側壁部頂面に金錫(Au−Sn)等を被着し形成され、蓋体2と容器体11とを封止部材23を介して接合することにより気密封止する。又、容器体マスター基板21の各容器体領域Aに形成されている凹部12底面の所定位置には、水晶振動素子14の励振用電極に接続される一対の素子接続用電極パッド13が設けられており、水晶振動素子14に形成した容器接続用電極と素子接続用電極パッド13を半田等の導電性接着剤を介して電気的・機械的に接続することによって、所定位置に搭載されている。
The sealing
各凹部12内に配置されている水晶振動素子14は、人工水晶体より所望の結晶軸からのアングルでカットし加工した水晶片の両主面に一対の励振用電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振用電極を介して水晶片に印加されると、カットアングルに則した所定の周波数で振動を起こす。
The
次に上述した水晶振動子の製造方法の工程について、図2の各図を用いて説明する。
図2(a)において、凹部12を有する容器体領域Aと捨代領域Bとを相互に隣接させて、これらをマトリックス状に配置した容器体マスター基板21を準備する。この容器体マスター基板21は、例えば、ガラス−セラミック等のセラミック材料によって形成されており、容器体マスター基板21がガラス−セラミックから成る場合、アルミナセラミックス等から成るセラミック材料粉末にガラス粉末、有機溶剤、有機バインダ等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートを複数枚積層してプレス成形することによってセラミックグリーンシートの積層体を形成し、これを高温で焼成することによって製作される。尚、凹部12は、前記積層体の上部に配されるセラミックグリーンシートの所定位置、具体的には、各容器体領域Aの中央域に空間領域を形成しておくことによって形成される。容器体マスター基板21の容器体領域Aの各凹部12内に、水晶振動素子14を、その正面に形成した容器接続用電極膜が、凹部12内の底面上に形成されている素子接続用電極パッド13上に配置されるようにして各容器体領域Aに挿入し、水晶振動素子14の一端に設けられている振動電極を容器体領域Aの一主面(上面)に設けられている素子接続用電極パッド13に導電性接合材を介して電気的・機械的に接続させることによって容器体マスター基板21の各容器体領域Aにそれぞれ搭載される。
Next, the steps of the above-described crystal resonator manufacturing method will be described with reference to each drawing of FIG.
In FIG. 2A, a container
次に図2(b)のように、容器体マスター基板21の各容器体領域A、若しくは蓋体15を囲繞するようにして金錫(Au−Sn)等の封止部材4を被着形成し、しかる後、蓋体15と容器体マスター基板21の各容器体領域Aとを取着させる。蓋体2は、42アロイ等の金属を従来周知の金属加工法によって所定形状に成形することによってそれぞれ製作される。これまでの工程において、容器体マスター基板21は、水晶振動素子14を搭載する際は水晶振動素子14用のキャリアとして、蓋体15を封止部材23上に取り付ける際は蓋体15取り付け用のキャリアとして機能するようになっている。従って、従来例のように、個々に分割した容器体をそれぞれ固定するために使用されるキャリア等の製造設備は不要であり、容器体マスター基板23の分割によって得られた個々の容器体をキャリアに装着するといった煩雑な工程も不要となる。これにより、圧電デバイスの生産性を向上させることが可能となる
Next, as shown in FIG. 2B, a sealing member 4 such as gold tin (Au—Sn) is deposited so as to surround each container body region A of the
次に図2(c)(図2(c)は、(b)に図示したものを表裏反転して図示している)乃至(d)において、容器体マスター基板21の裏面に、コーティング材24を塗布又は貼付する。本実施例ではこのコーティング材24として、低温凝固剤が混合された流動体であり、コーティング材を塗布後硬化させる。また他の実施形態としては、シート状のコーティング材を容器体マスター基板21の裏面に貼付する形態でも良い。尚、このコーティング材24は、後の設定する洗浄工程にて容器体マスター基板21裏面より除去することができるものである。
Next, in FIG. 2 (c) (FIG. 2 (c) shows the reverse of the one shown in FIG. 2 (b)) to (d), the
図2(e)において、容器体マスター基板21の裏面に形成された隣接する外部接続用端子電極22同士が接続されている導配線25を切断する。容器体マスター基板21の各容器体領域Aの裏面には、グランド端子、電源電圧端子、発振出力端子等の外部接続用端子電極22が設けられており、この外部接続用端子電極22にメッキ処理を施す為に、容器体領域A間で隣接する外部接続用端子電極22間を導配線25で電気的に接続している。尚、このメッキ処理は、容器体マスター基板21単体状態の際に予め施されており、その後、メッキ処理された容器体マスター基板21が本発明の製造方法工程に組み込まれている。又、この導配線25を切断する手段としてはレーザ、又はダイサーによる切断が用いられる。
In FIG. 2 (e), the
レーザとしては一般的にパルス発振可能なYAGレーザやエキシマレーザが使用されるが、このレーザは、切断すべき導配線25の一部に間欠照射され導配線25の構成部材を排除し、外部接続用端子電極22間を機械的に断線させる。ダイサーとしては、ダイヤモンド砥粒等を電鋳により固定した円盤状の電鋳ブレードやダイヤモンド砥粒等を、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂を結合材として使用したレジンブレードがある。上述した手段により導配線25をコーティング材24ごと切断する。尚、図2(e)はダイサーを切断手段として用いた場合の形態を示している。又、図3は図2(e)における切断加工形態をより明りょうにするために図2(e)を拡大して図示したものである。
As the laser, a YAG laser or an excimer laser capable of pulse oscillation is generally used, but this laser is intermittently irradiated to a part of the
図2(f)において、コーティング材24を除去し、容器体マスター基板21の裏面及び個々の容器体領域Aで電気的に独立した外部接続用端子電極22を露出させる。このコーティング材24を洗浄工程にて、前工程の導配線切断により生じた導配線切断屑とともに除去することによって、外部接続用端子電極22或いは容器体領域Aの裏面に形成した配線に導配線切断屑が付着することにより生じる周波数特性の変動、若しくは配線や外部接続用端子電極22の間に付着することにより生じる短絡を防ぐことが可能となる。
In FIG. 2F, the
図2(g)において、容器体領域毎に周波数特性を外部接続用端子電極22より測定した良否判定を行った後、容器体マスター基板21を各容器体領域Aの外周に沿って切断することにより、個々の容器体領域Aを捨代領域Bより切り離し、複数個の圧電デバイスを同時に形成する。この容器体マスター基板21の切断分割は、従来周知のダイシング等によって行なわれ、これによってマスター基板7が個々の基板領域Aに対応した複数個の容器体11を有する水晶振動子10に分割される。
In FIG. 2 (g), after performing the pass / fail determination by measuring the frequency characteristics from the external
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、改良が可能である。例えば、上記実施例では圧電材料として水晶を用いた圧電デバイス(水晶振動子)を開示したが、他にニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムや圧電セラミックスを圧電材料として用いた圧電デバイスの製造方法においても本発明は有効である。又、上述した実施形態においては、圧電デバイスの一例として水晶振動子を例示し説明を行ったが、容器体11に圧電振動素子(水晶振動素子)と一緒に少なくとも発振回路を形成した集積回路素子等を搭載した圧電発振器であっても構わない。また、圧電振動素子として弾性表面波(SAW)フィルタ等の他の圧電素子を用いる場合にも本発明は適用可能である。更に、導配線25をレーザで切断した場合、その切断工程後、同レーザを用いてマーキング処理することによって、生産性を向上することが可能となる。
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change and improvement are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the above embodiment, a piezoelectric device (quartz crystal unit) using quartz as a piezoelectric material is disclosed. However, in a method for manufacturing a piezoelectric device using lithium niobate, lithium tantalate, or piezoelectric ceramics as a piezoelectric material. The present invention is effective. In the above-described embodiment, a crystal resonator is illustrated and described as an example of a piezoelectric device. However, an integrated circuit element in which at least an oscillation circuit is formed together with a piezoelectric vibration element (crystal vibration element) on the
10・・・水晶振動子(圧電デバイス)
11・・・容器体
12・・・凹部
13・・・素子接続用電極パッド
14・・・水晶振動素子(圧電振動素子)
15・・・蓋体
21・・・容器体マスター基板
22・・・外部接続用端子電極
23・・・封止部材
24・・・コーティング材
25・・・導配線
A・・・容器体領域
B・・・捨代領域
10 ... Quartz crystal resonator (piezoelectric device)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (2)
圧電振動素子を該凹部底面上に配置されるようにして各々の該容器体領域に搭載し、該容器体領域内の該開口部を各々囲繞するようにして形成されている封止部材の上に蓋体を取着させる工程と、
予め該容器体マスター基板の他方の主面に形成した導配線により、互いに電気的に接続されている複数個の該外部接続用端子電極にメッキ層を形成した該容器体マスター基板の他方の主面に、コーティング材を塗布又は貼付し、該外部接続用端子電極間を導通する該導配線を機械的に切断する工程と、
該コーティング材を除去後、該容器体マスター基板を各容器体領域の外周に沿って切断し、個々の容器体領域を相互に分離することにより複数個の圧電デバイスを同時に得る工程と、
を具備することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 A step of preparing a container master substrate that is partitioned into a plurality of container body regions and in which a recess having an opening is formed on one main surface of the container body region;
The piezoelectric vibration element is mounted on each container body region so as to be disposed on the bottom surface of the recess, and the sealing member formed so as to surround each of the openings in the container body region. Attaching the lid to the
The other main surface of the container master substrate, in which a plating layer is formed on the plurality of terminal electrodes for external connection that are electrically connected to each other by a conductive wiring previously formed on the other main surface of the container body master substrate. Applying or pasting a coating material to the surface, and mechanically cutting the conductive wiring that conducts between the external connection terminal electrodes; and
After removing the coating material, the container body master substrate is cut along the outer periphery of each container body region, and a plurality of piezoelectric devices are obtained simultaneously by separating the individual container body regions from each other;
A method for manufacturing a piezoelectric device comprising:
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