JP2007060593A - Piezoelectric device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイス及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric device such as a piezoelectric vibrator or a piezoelectric oscillator used in an electronic device such as a portable communication device or an electronic computer, and a manufacturing method thereof.
従来、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器を構成する電子部品の一つとして圧電振動子、圧電発振器や弾性表面波フィルタ等の圧電デバイスが用いられている。 Conventionally, a piezoelectric device such as a piezoelectric vibrator, a piezoelectric oscillator, or a surface acoustic wave filter has been used as one of electronic components constituting an electronic device such as a portable communication device or an electronic computer.
かかる従来の圧電デバイスとして圧電振動子を例に説明する。内部に導配線が形成された積層構造の配線基板と、この配線基板の一方の主面上に支持した圧電振動素子を含む配線基板の一方の主面上の空間を包囲した状態で固定される逆碗状の金属リッドとから成り、前記配線基板本体は、複数のスルーホールを有した平板状の配線基板と、この配線基板の一方の主面周縁に沿って環状に形成された金属メッキ壁と、この金属メッキ壁の内側に位置する複数のスルーホールの各上側開口を塞ぐように配線基板の一方の主面に夫々配置され且つ圧電振動素子を支持する内部電極と、配線基板の他方の主面に複数のスルーホールの各下側開口を塞ぐように配置された金属メッキ外部接続用電極を備え、金属リッドは、金属メッキ壁の上面に固定される裾部と、この裾部底面に形成されるロウ材枠と、裾部から立ち上がった逆碗部とから成り、このロウ材枠と金属メッキ壁とを接合した構成を備えている。 A piezoelectric vibrator will be described as an example of such a conventional piezoelectric device. It is fixed in a state of surrounding a space on one main surface of the wiring substrate including a wiring substrate having a laminated structure in which conductive wiring is formed and a piezoelectric vibration element supported on one main surface of the wiring substrate. The wiring board body comprises a flat wiring board having a plurality of through holes, and a metal plating wall formed in an annular shape along the peripheral edge of one main surface of the wiring board. An internal electrode that is arranged on one main surface of the wiring board and supports the piezoelectric vibration element so as to block each upper opening of the plurality of through holes located inside the metal plating wall, and the other of the wiring board The main surface has metal-plated external connection electrodes arranged so as to block the lower openings of the plurality of through holes. The metal lid is fixed to the upper surface of the metal-plated wall, and the bottom surface of the hem is fixed to the bottom surface. From the brazing material frame to be formed and the hem Consists of a Chi rose Gyakuwan portion has a structure formed by joining and this brazing material frame and the metal plating wall.
上記のような圧電デバイス(圧電振動子)については、以下の技術情報文献に開示されている。 The piezoelectric device (piezoelectric vibrator) as described above is disclosed in the following technical information literature.
尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、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 found any prior art documents related to the present invention by the time of filing of the present application other than the prior art documents specified by the prior art document information described above.
しかしながら、従来のハット状(上記逆椀状と同意)の金属リッドを用いる圧電デバイスの場合、配線基板と金属リッドとの接合には、金属リッドではその開口部周囲を外側に折り返し(上記裾部と同意)を形成し、配線基板には金属リッドとの接合側主面の辺縁部に接合材を形成するための領域を確保し 金属リッドの折り返しと接合材とを接合する形態を有するため、圧電デバイスの周囲に接合のためのリング状の領域を確保する必要がある。この領域の確保のため圧電振動素子を搭載できる面積が縮小されてしまうという欠点があった。又、圧電振動素子の搭載面積を確保した場合、圧電デバイス本体の大きさが大きくなってしまう可能性がある。 However, in the case of a conventional piezoelectric device using a hat-shaped (conforms to the above-mentioned inverted saddle shape) metal lid, the periphery of the opening of the metal lid is folded back outwardly (the above-described hem portion) And the wiring board has a form for securing the region for forming the bonding material at the edge of the main surface of the bonding side with the metal lid and bonding the folding of the metal lid and the bonding material. It is necessary to secure a ring-shaped region for bonding around the piezoelectric device. In order to secure this region, there is a drawback that the area where the piezoelectric vibration element can be mounted is reduced. In addition, when the mounting area of the piezoelectric vibration element is secured, the size of the piezoelectric device body may be increased.
又、圧電振動素子の搭載面積が縮小されることにより、そこに搭載できる圧電振動素子の小型化が必要となる。圧電振動素子が小型になると、圧電振動素子の発振特性並びに、クリスタルインピーダンス(CI)値が高くなり、可変感度や起動特性が劣化してしまうといった欠点があった。 Further, since the mounting area of the piezoelectric vibration element is reduced, it is necessary to reduce the size of the piezoelectric vibration element that can be mounted thereon. When the piezoelectric vibration element is reduced in size, the oscillation characteristic and crystal impedance (CI) value of the piezoelectric vibration element are increased, and the variable sensitivity and the starting characteristic are deteriorated.
本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、デバイス内部に圧電振動素子の搭載面積を確保しつつ、良好な気密の封止が可能な圧電デバイスを提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric device capable of good airtight sealing while securing a mounting area of the piezoelectric vibration element inside the device. .
本発明の圧電デバイスは、配線基板と、この配線基板の一方の主面に少なくとも圧電振動素子が配置され、この圧電振動素子が配置された配線基板の一方の主面を被覆した形態で配線基板に固定される箱状の蓋体とから成る圧電デバイスにおいて、
配線基板の側面には、この配線基板の一方の主面に向かって凸の段差部が設けられ、この段差部の側面には接合材が形成され、蓋体の側壁部内面と接合材とが接合され、蓋体と配線基板の一方の主面により形成される内部空間が気密に封止されていることを特徴とする圧電デバイスである。
The piezoelectric device according to the present invention includes a wiring board and a wiring board in a form in which at least a piezoelectric vibration element is disposed on one main surface of the wiring board and one main surface of the wiring board on which the piezoelectric vibration element is disposed is covered. In a piezoelectric device comprising a box-shaped lid fixed to
A side surface of the wiring board is provided with a stepped portion projecting toward one main surface of the wiring board, a bonding material is formed on the side surface of the stepped portion, and an inner surface of the side wall portion of the lid and the bonding material are provided. The piezoelectric device is characterized in that an inner space formed by joining and formed by one main surface of the lid and the wiring board is hermetically sealed.
又、上記配線基板の一方の主面の辺縁部には、一方の主面表面から該配線基板の厚み方向に深さ成分を有する溝部が設けられていることを特徴とする上記記載の圧電デバイスでもある。 The piezoelectric device as described in the above item, wherein a groove portion having a depth component from the surface of the one main surface to the thickness direction of the wiring substrate is provided at the edge portion of the one main surface of the wiring substrate. It is also a device.
更に、デバイス外面に表れている蓋体と配線基板と接合部の表面に樹脂層が設けられていることを特徴とする上記記載の圧電デバイスでもある。 Further, the piezoelectric device described above is characterized in that a resin layer is provided on the surface of the lid, the wiring board, and the bonding portion appearing on the outer surface of the device.
本発明における圧電デバイスの製造方法は、マトリクス状に配列された複数個の配線基板領域が一体で構成されているマスター基板の該配線基板領域の各外周縁部に、各該配線基板領域の一方の主面に凸の段差部を設け、各々の該段差部の側面に接合材を形成し、該マスター基板における各配線基板領域の一方の主面上に、少なくとも圧電振動素子を搭載する工程Aと、
この圧電振動素子が搭載されている空間を気密に封止するための箱状の蓋体を、マスター基板の各配線基板領域の一方の主面上に配置し、この蓋体の側壁部内面と接合材とを接合する工程Bと、
マスター基板の各配線基板領域の外周に沿って一括的に切断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C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。
In the piezoelectric device manufacturing method according to the present invention, one of the wiring board regions is arranged on each outer peripheral edge of the wiring board region of the master board in which a plurality of wiring board regions arranged in a matrix are integrally formed. A step A in which a convex step portion is provided on the main surface of the substrate, a bonding material is formed on a side surface of each step portion, and at least a piezoelectric vibration element is mounted on one main surface of each wiring board region of the master substrate. When,
A box-like lid for hermetically sealing the space in which the piezoelectric vibration element is mounted is disposed on one main surface of each wiring board region of the master board, and the inner surface of the side wall of the lid Step B for bonding the bonding material;
Step C for simultaneously obtaining a plurality of piezoelectric devices by collectively cutting and separating along the outer periphery of each wiring board region of the master substrate;
A method for manufacturing a piezoelectric device comprising:
又、各々の配線基板領域の一方の主面の外周辺縁部には、一方の主面表面から配線基板領域の厚み方向に深さ成分を有する溝部を設けたことを特徴とする上記記載の圧電デバイスの製造方法でもある。 Further, the outer peripheral edge of one main surface of each wiring board region is provided with a groove having a depth component in the thickness direction of the wiring board region from the surface of one main surface. It is also a method for manufacturing a piezoelectric device.
更に、マスター基板を切断後に、各圧電デバイスの外面に表れている蓋体と配線基板と接合部の表面に樹脂層を設ける工程を具備することを特徴とする上記記載の圧電デバイスの製造方法でもある。 The method for manufacturing a piezoelectric device according to the above, further comprising a step of providing a resin layer on the surface of the lid, the wiring board, and the joint portion appearing on the outer surface of each piezoelectric device after cutting the master substrate. is there.
本発明の圧電デバイスによれば、配線基板の側面に形成した段差部の側面には、環状に接合材が形成され、箱状の蓋体の側壁部内面とこの接合材とが接合されているので、蓋体には、従来のようにその開口部周囲を外側に接合用の折り返しを形成する必要がなく、又、配線基板には蓋体との接合側主面上の辺縁部に接合材を形成するための領域を確保する必要もないため、配線基板の主面上に圧電振動素子の搭載面積を十分に確保することが可能となる。また、段差部を形成したことにより、この段差によって蓋体内に配線基板が必要以上に深く挿入し圧電振動素子の搭載空間が著しく狭くならないよう位置決めをすることができると共に、接合材がデバイス内部の圧電振動素子に飛散付着することを防止することが可能となる。 According to the piezoelectric device of the present invention, the bonding material is formed in an annular shape on the side surface of the step portion formed on the side surface of the wiring board, and the inner surface of the side wall portion of the box-shaped lid is bonded to the bonding material. Therefore, the lid body does not need to be folded back for joining around the opening as in the conventional case, and the wiring board is joined to the edge on the joint-side main surface with the lid body. Since it is not necessary to secure a region for forming the material, it is possible to sufficiently secure the mounting area of the piezoelectric vibration element on the main surface of the wiring board. In addition, since the step portion is formed, it is possible to position the wiring board so that the wiring board is not inserted deeper than necessary by the step and the mounting space of the piezoelectric vibration element is not significantly reduced, and the bonding material is provided inside the device. It is possible to prevent the piezoelectric vibration element from being scattered and adhered.
又、本発明の圧電デバイスによれば、配線基板の一方の主面の辺縁部には、一方の主面から該配線基板の厚み方向に深さ成分を有する溝部が設けられていることにより、配線基板の側面外周に形成した接合材が、接合の際に配線基板の主面上に流入しても、溝部で流入を防止し、流入した接合材による圧電振動素子等に悪影響を与えることがなくなる。 Further, according to the piezoelectric device of the present invention, a groove portion having a depth component from the one main surface to the thickness direction of the wiring substrate is provided on the edge portion of the one main surface of the wiring substrate. Even if the bonding material formed on the outer periphery of the side surface of the wiring board flows into the main surface of the wiring board at the time of bonding, the inflow is prevented at the groove portion, and the piezoelectric vibration element or the like caused by the flowing bonding material is adversely affected. Disappears.
更に、本発明の圧電デバイスによれば、デバイス外面に表れている蓋体と配線基板と接合部の表面に樹脂層が設けられていることによって、特にデバイスの4つの角部における接合強度が上がるので気密性を更に向上させることが可能となる。更に樹脂層が設けられていることによって、落下強度も向上させることが可能となる。 Furthermore, according to the piezoelectric device of the present invention, since the resin layer is provided on the surface of the lid, the wiring board, and the bonding portion appearing on the outer surface of the device, the bonding strength particularly at the four corners of the device is increased. As a result, the airtightness can be further improved. Furthermore, the drop strength can be improved by providing the resin layer.
更に本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、箱状の蓋体の側壁部内面と各配線基板領域の外周部に形成した段差部側面に形成した接合材とを接合することにより、接合材が各配線基板領域の圧電振動素子搭載部分に入り込む或いは飛散することがなく、圧電振動素子に接合材が付着することがないので、発振特性が安定した圧電デバイスを提供することが可能となる。また、マスター基板による複数個の圧電デバイスの一括生産が可能なため、デバイスの生産性を向上させることが可能となる。 Furthermore, according to the piezoelectric device manufacturing method of the present invention, the bonding material is formed by bonding the inner surface of the side wall portion of the box-shaped lid and the bonding material formed on the side surface of the stepped portion formed on the outer peripheral portion of each wiring board region. Does not enter or scatter in the piezoelectric vibration element mounting portion of each wiring board region, and the bonding material does not adhere to the piezoelectric vibration element. Therefore, it is possible to provide a piezoelectric device with stable oscillation characteristics. In addition, since a plurality of piezoelectric devices can be collectively produced using the master substrate, device productivity can be improved.
又、各配線基板領域の外周に沿って段差部を設け、この段差部によって蓋体の配置位置決めをすることができるので、蓋体を一定した形態で各配線基板領域に配置することが可能となる。更に、装置側に蓋体配置位置決めのための機構を設ける必要がない。 In addition, since a step portion is provided along the outer periphery of each wiring board region, and the lid can be positioned and positioned by this step portion, the lid body can be arranged in each wiring board region in a fixed form. Become. Furthermore, it is not necessary to provide a mechanism for positioning and positioning the lid on the apparatus side.
又、マスター基板の各配線基板領域の外周付近に溝部を設けることにより、仮に接合材が配線基板領域内に流入してきても、溝部で流入を防止し、流入した接合材による圧電振動素子等に悪影響を与えることがなくなる。更に、デバイス外面に表れている蓋体と配線基板と接合部の表面に樹脂層を設けることによって、各デバイスの特に4つの角部の接合強度が上がるので気密性を更に向上させることが可能となり、又樹脂層を設けることによって、落下時の耐衝撃性強度も向上させることが可能となる。 Also, by providing a groove near the outer periphery of each wiring board area of the master board, even if the bonding material flows into the wiring board area, the groove prevents the inflow of the bonding material. There will be no adverse effects. Furthermore, by providing a resin layer on the surface of the lid, wiring board, and joint that appears on the outer surface of the device, the joint strength at the four corners of each device will increase, making it possible to further improve the airtightness. Further, by providing the resin layer, it is possible to improve the impact resistance strength when dropped.
因って、上記各作用により、小型で且つ諸特性が良好な圧電デバイス、及びこのような圧電デバイスの生産性が良い製造方法を提供できる効果を奏する。 Therefore, each of the above-described actions produces an effect that it is possible to provide a piezoelectric device that is small and has various characteristics, and a manufacturing method that has good productivity of such a piezoelectric device.
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol in each figure shall show the same object. In each of the drawings, a part of the structure is not shown, and some dimensions are exaggerated for the sake of clarity.
図1は、本発明における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示した分解斜視図であり、図2は図1記載の水晶振動子を組み立てた場合の断面図である。同図に示す水晶振動子は、大略的に、配線基板1と、圧電振動素子としての水晶振動素子5と、蓋体8とで構成されている。
FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating an example of a crystal resonator which is one of the piezoelectric devices of the piezoelectric device according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view when the crystal resonator shown in FIG. 1 is assembled. . The crystal resonator shown in the figure is generally composed of a
配線基板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による層を積層して形成されており、その一方の主面(便宜上表とする)上には、一対の素子接続用電極パッド2が設けられており、また他方の主面(便宜上裏とする)には入力端子、出力端子、グランド端子等の外部接続用電極端子3が設けられている。
The
かかる配線基板1の一方の主面上に設けられている一対の素子接続用電極パッド2は、素子接続用電極パッド2の上面側で後述する水晶振動素子5の励振電極6に導電性接着材を介して電気的に接続され、下面側で配線基板1上の導体パターンや配線基板内部のビア導体等を介して配線基板1の他方の主面に形成された外部接続用電極端子3のうちの入出力端子(入力端子、出力端子)に電気的に接続される。 尚、これら外部接続用電極端子3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半田等の導電性を有する接合材を介して電気的に接続される。
A pair of element
また、配線基板1の側面には配線基板1の一方の主面に向かって凸の段差部11が設けられ、この段差部11の配線基板1の一方の主面側の側面には、配線基板1本体と後述する接合材9と固着するための導体層4とが設けられている。導体層4はWもしくはMoから成る基層の表面にNi層及びAu層を順次被着させた構成である。
Further, a stepped
導体層4の表面には接合材9が形成されており、接合材9は蓋体8を配線基板1に接合するためのろう材として機能するものである。接合材9の材料には金と錫との合金が使用され、金錫の組成比率は、例えば、金80%、錫20%に設定され、その厚みは、概略10μm〜40μmに設定される。
A
上述した配線基板1の一方の主面に形成した素子接続用電極パッド2には水晶振動素子5が搭載される。水晶振動素子5は、所定の結晶軸で人工水晶体よりカットし外形加工を施した水晶素板の両主面に一対の励振電極6を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極6を介して水晶素板に印加されると、所定の周波数で各種振動モードの振動を起こす。この水晶振動素子5は、その両主面に被着されている励振電極6と配線基板1の一方の主面の素子接続用電極パッド2とを導電性接着材を介して電気的・機械的に接続することによって配線基板1の一方の主面上に搭載される。
A
蓋体8は、概略開口した箱のような外形をしており、その開口部形状は配線基板1に形成した段差部11の側面外周形状(接合材9を含む)と同じである。この蓋体8の開口部内に配線基板1を、配線基板1の側面に形成されている段差部11の一方の主面側側面が蓋体8の内部表面に対する形態で嵌合し、配線基板1の側面周囲に形成されている接合材9と、蓋体8の側壁内面とを密着して接合することにより、配線基板1の一方の主面上に搭載された水晶振動素子5を気密に封止している。この段差部11に蓋体8の開口部を填め合わせることによって、蓋体8を配線基板1に配置する際に、蓋体8の配置位置決めを容易にすることが可能となる。
The
又、蓋体8は先に述べた導体層4及び配線基板1内に形成したビア導体や導配線を介して配線基板1の他方の主面に形成された外部接続用電極端子のうちのGND端子に電気的に接続される。よって、水晶振動子の使用時、蓋体8はグランド電位に保持されることとなり、水晶振動素子5が蓋体8のシールド効果によって外部からの不要な電気的作用、例えばノイズ等から良好に保護される。
Further, the
尚、本実施例における水晶振動子の他の実施形態としては、図3に図示したように、配線基板1の一方の主面側の各辺縁部に、一方の主面の表面から配線基板1の厚み方向に深さ成分を有する溝部12を形成しておくと、仮に蓋体8の接合の際に接合材9が配線基板1の一方の主面上に流入してきた場合でも、流入した接合材は溝部12により更に配線基板1の内側に流入することを防止することができるので、水晶振動素子5に接合材が付着することがなく、安定した振動特性を得ることが可能となる。
As another embodiment of the crystal unit of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
又、図4に示すように、段差部11に蓋体8の開口側側壁端部を配置し、蓋体8と段差部11に形成した接合材9を接合すると共に、デバイス外面に表れている蓋体8と配線基板1と接合部の表面に樹脂層14が設けられている。この樹脂層14を設けることにより気密性を更に向上させることが可能となる。特にデバイスの4つの角部では蓋体8と接合材9との間に僅かな隙間が生じる可能性があるため、この樹脂層14を設けることは気密性の更なる向上に有効である。この樹脂層14はエポキシ系の樹脂で形成されており、流動性が低いものが望ましい。
Further, as shown in FIG. 4, the opening side wall end portion of the
更に又、図5に示すように、配線基板1を構成する複数の層のうち、配線基板1の一方の主面側最外層を除き各段差部の一方の主面側側面を構成する中間層の側面にのみ導体層4及び接合材9を形成した形態によっても、配線基板1の一方の主面側最外層上に配置した水晶振動素子5に接合材9が飛散付着することを防止することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 5, among the plurality of layers constituting the
かくして上述した水晶振動子は、配線基板1の他方の主面に設けられる外部接続用電極端子2のうちの入出力端子を介して水晶振動素子5の表裏励振電極間に外部からの変動電圧を印加し、水晶振動素子5の特性に応じた所定の周波数で振動を起こさせることによって水晶振動子として機能し、かかる水晶振動子の共振周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号が発振・出力される。そして、このような基準信号は携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用されることとなる。
Thus, the above-described crystal resonator has an externally varying voltage between the front and back excitation electrodes of the
次に上述した水晶振動子の製造方法について、各工程を図6から図8を用いて説明する。
(工程A)
まず、図5に示す如く、マトリクス状に配列された複数個の配線基板領域を有すマスター基板10を準備し、マスター基板10の各配線基板領域の一方の主面上に形成した素子接続用電極パッド2上に水晶振動素子5を搭載する。
Next, with reference to FIGS. 6 to 8, each step of the above-described method for manufacturing a crystal resonator will be described.
(Process A)
First, as shown in FIG. 5, a
マスター基板10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からなる矩形状の平板状基板が2積層され、そこに縦m列×横n行(m,nは2以上の自然数。)のマトリクス形態で外周形状が矩形の複数個の配線基板領域を設定する。この各配線基板領域上に、各配線基板領域と外周形状が相似で且つ外周寸法が配線基板領域外周より小さい平板状基板を積層配置し、各配線基板領域の外周縁部に段差部11を形成する。このマトリクス状に設定された個々の配線基板領域には、その一方の主面上には前述した一対の素子接続用電極パッド2と、各配線基板領域を囲む段差部11の一方の主面側側面には導体層4を被着・形成する。又、各配線基板領域の他方の主面には入出力端子やグランド端子等となる外部接続用電極端子3が形成されている。
The
このようなマスター基板10を構成する各層は、例えば、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素子接続用電極パッド2や外部接続用電極端子3、各配線基板領域に設けられる導体パターン等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、これを必要枚数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。
Each layer constituting such a
又、各配線基板領域の外周縁部に形成した段差部11の一方の主面側側面に形成した導体層4は、WもしくはMoの表面にNi層及びAu層を順次被着して形成し、その導体層4の表面には、金錫(Au−Sn)からなる接合材9が被着形成されている。この接合材9は蓋体8を配線基板1に対して接合するためのろう材として機能するものであり、金錫の組成比率は、約金80%、錫20%であり、その厚みは概略10μm〜30μmで形成される。
Further, the
また、このように形成したマスター基板10の各配線基板領域上には水晶振動素子5が搭載され、水晶振動素子5の励振電極6と各配線基板領域内の一方の主面上の素子接続用電極パッド2とが導電性接着剤7を介して電気的・機械的に接続される。
In addition, the
更に、本発明の他の実施形態として、マスター基板10を構成する各配線基板領域の一方の主面の外周近傍に、囲繞形態で且つ各配線基板領域の一方の主面表面から配線基板領域の厚み方向に深さ成分を有する溝部12を設けることにより、後述する工程で蓋体8と接合材9を接合する際に、接合材9が流れ出しても、溝12で塞き止められ、前記水晶振動素子5に接合材9が付着することがないので、安定した発振特性を得ることが可能となる。
Furthermore, as another embodiment of the present invention, in the vicinity of the outer periphery of one main surface of each wiring board region constituting the
(工程B)
次に、図6に示す如く、外形形状が概略箱状であり且つ開口部の形状が各配線基板領域に形成した段差部11の一方の主面側側面外周形状(接合材9を含む)と同じ蓋体8を、マスター基板10の各配線基板領域の一方の主面上に、段差部11に蓋体8の開口部が填め合うように配置し、この蓋体8の側壁部内面と接合材9とを接合し、各配線基板領域の一方の主面上に搭載されている水晶振動素子5を気密に封止する。
(Process B)
Next, as shown in FIG. 6, the outer peripheral shape is substantially box-shaped and the shape of the opening is one main surface side side outer peripheral shape (including the bonding material 9) of the
蓋体8は、例えば、42アロイやコバール,リン青銅等の金属から成る、厚み60μm〜100μmの金属板を従来周知の板金加工にて所定形状に加工することによって製作される。蓋体8は板状の金属を箱状にプレス加工し、蓋体8の内側面には、ニッケル(Ni)層を形成する。
The
このような形態の蓋体8を、対応する各配線基板領域上の水晶振動素子5を覆うようにしてマスター基板10の各配線基板領域の外周縁部に形成された段差部11に載置させ、しかる後、300℃〜350℃の温度に保たれた加熱炉の中に入れ、段差部11に形成した接合材9を高温で加熱・溶融させることによって蓋体8が各配線基板領域の段差部11に接合される。その後、一体化されたマスター基板10と複数の蓋体8は徐々に室温まで冷却される。尚、上述した一連の接合工程は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中、若しくは真空中で行うのが好ましく、これによって水晶振動素子5が収納される内部空間には不活性ガスが充満又は真空になるため、水晶振動素子5が酸素や大気中の水分等によって腐食・劣化するのを有効に防止することができる。
The
(工程C)
そして最後に、図7に示す如く、工程Bにおいて蓋体8を各配線基板領域に接合したマスター基板10を、各配線基板領域の外周に沿って一括的に切断し、個々の水晶振動子を得る。マスター基板10の切断は、例えば、ダイサー等を用いてマスター基板10をマスター基板側から一括的に切断することによって行われ、これによって複数個の水晶振動子が同時に得られる。図4に示すように、マスター基板を切断後、個々の水晶振動子を形成した後で、水晶振動子外面に表れている蓋体8と配線基板1と接合部の表面にエポキシ系樹脂からなる樹脂層14をディスペンサにより塗布し、熱をかけることによって硬化させる。このことにより接合部強度を高め、気密性を更に向上させることが可能となる。
(Process C)
Finally, as shown in FIG. 7, in step B, the
しかもこの場合、水晶振動子の組み立てに際して、マスター基板10そのものがキャリアとして機能するようになっていることから、個片化した配線基板を個々にキャリアに保持して水晶振動子を組み立てるといった煩雑な作業は一切不要となり、これにより水晶振動子の組み立て工程が大幅に簡素化されるようになり、水晶振動子の生産性向上に供することが可能となる。
In addition, in this case, since the
以下は、本発明に係る他の実施例として圧電デバイスの一つである水晶発振器の形態について説明をする。図9〜図13に示す水晶発振器は、大略的に、配線基板51と、圧電振動素子としての水晶振動素子56及び発振回路を内蔵した集積回路素子55と、蓋体58とで構成されている。図9において、配線基板51は、例えば、ガラスーセラミツク、アルミナセラミツクス等のセラミツク材料によるセラミックグリーンシートを積層することによって形成されており、一方の主面側には、一対の素子接続用電極パッド52が設けられており、また他方の主面側には電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子の外部接続用電極端子53が設けられている。配線基板51の一方の主面の概略中央には、凹部60が形成されており、この凹部60は、配線基板51を構成する複数枚のセラミックグリーンシートのうち、一方の主面側に配されるセラミツクグリーンシートの中央部等に矩形状の貫通孔を穿設しておくことにより形成される。
In the following, a form of a crystal oscillator which is one of piezoelectric devices will be described as another embodiment according to the present invention. The crystal oscillator shown in FIGS. 9 to 13 is generally composed of a
配線基板51の一方の主面側に設けられている一対の素子接続用電極パッド52は、その上面側で後述する水晶振動素子56の励振電極に導電性接着材57を介して電気的に接続され、下面側で配線基板51の一方の主面上の導体パターンや配線基板内部のビア導体等を介して配線基板51の他方の主面に形成された外部接続用電極端子53の発振出力端子に電気的に接続される。
A pair of element
又、配線基板51の側面には、配線基板51の一方の主面に向かって凸の段差部61が設けられ、この段差部61の配線基板51の一方の主面側の側面には、配線基板51本体と後述する接合材59と固着するための導体層54とが設けられている。導体層54は、WもしくはMoから成る基層の表面にNi層及びAu層を順次被着させた構成である。
Further, a stepped
この導体層54は、その露出面側で後述する蓋体58に接合材59を介して電気的に接続され、非露出面側で配線基板51内部のビア導体等を介して配線基板51の他方の主面に形成された外部背接続用電極端子53のうちの接地(GND)端子に電気的に接続される。導体層54は、後述する蓋体58を接合材59を介して配線基板51の側面に接合させるためのものであり、かかる導体層54は、WもしくはMoから成る基層の表面にNi層及びAu層を順次被着させた構成となっている。
The
接合材59は、蓋体58を配線基板51に対して接合するためのろう材として機能するものであり、本実施例2では接合材59の材料として金錫を使用している。金錫の組成比率は、例えば、金80%、錫20%に設定され、その厚みは、例えば、10μm〜30μmとする。
The
上述した配線基板51の一方の主面に形成した素子接続用電極パッド52には水晶振動素子56が搭載される。水晶振動素子56は、所定の結晶軸アングルで人工水晶体よりカットし外形加工を施した水晶素板の両主面に一対の励振電極を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振電極を介して水晶素板に印加されると、所定の周波数で各種振動モードの振動を起こす。この水晶振動素子56は、その両主面に被着されている励振電極と配線基板51の一方の主面の素子接続用電極パッド52とを導電性接着材57を介して電気的・機械的に接続することによって配線基板51の一方の主面上に搭載される。
A
そして、上述した配線基板51の凹部60内には、水晶振動素子56と電気的に接続した発振回路を含む電子回路網を内蔵した集積回路素子55が搭載されている。集積回路素子55としては、例えば、配線基板51との実装側面に複数個の接続端子を有したフリップチップ型の集積回路素子55が用いられ、この集積回路素子55には、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56の周波数温度特性を補償する温度補償データを格納し、温度補償データに基づいて水晶振動素子56の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路や、この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が設けられており、発振回路で生成された発振出力は、デバイス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。
An
また集積回路素子55の実装側面に設けられる複数個の接続端子は、配線基板51の凹部60内底面に設けた素子接続用電極端子と1対1に対応するように配置されており、これらの接続端子を対応する素子接続用電極端子に対して、Au、Au−Sn合金又は半田等のバンプ或いは導電性接着剤等の導電性接合材を介して個々に接合させることによって集積回路素子55が配線基板51に取着され、これと同時に集積回路素子55の接続端子が外部接続用電極端子53に電気的に接続される。また同時に、水晶振動素子56の励振電極が集積回路素子55の接続端子に電気的に接続される。
The plurality of connection terminals provided on the mounting side surface of the
蓋体58は、概略開口した箱のような外形をしており、その開口部形状及びサイズは、配線基板51に形成した段差部61の側面外周形状(接合材59を含む)及びサイズと同じである。この蓋体58の開口部内に配線基板51を、配線基板51の側面に形成されている段差部61の一方の主面側側面が蓋体58の内部表面に対する形態で嵌合し、配線基板51の側面周囲に形成されている接合材59と、蓋体58の側壁内面とを密着して接合することにより、配線基板51の一方の主面上に搭載された水晶振動素子56及び集積回路素子55を気密に封止している。この段差部61に蓋体58の開口部を嵌合させることによって、蓋体58を配線基板51に配置する際に、蓋体58の配置位置決めを容易にすることが可能となる。
The
又、蓋体58は、先に述べた導体層54を介して配線基板51の他方の主面に形成された外部接続用電極端子53のうちのGND端子に電気的に接続される。因って、水晶発振器の使用時、蓋体58はグランド電位に保持されることとなり、水晶振動素子56及び集積回路素子55が蓋体58のシールド効果によって外部からの不要な電気的作用、例えばノイズ等から良好に保護される。
The
尚、本実施例における水晶発振器の他の実施形態としては、図10に図示したように、配線基板51の一方の主面側の各辺縁部に、一方の主面の表面から配線基板51の厚み方向に深さ成分を有する溝部62を形成しておくと、仮に蓋体58の接合の際に接合材59が配線基板51の一方の主面上に流入してきた場合でも、流入した接合材は溝部62により更に配線基板51の内側に流入することを防止することができるので、水晶振動素子56や集積回路素子55に接合材が付着することがなく、安定した振動特性を得ることが可能となる。
As another embodiment of the crystal oscillator according to the present embodiment, as shown in FIG. 10, the
又、図11に示すように、段差部61に蓋体8の開口側側壁端部を配置し、蓋体58と段差部61に形成した接合材59を接合すると共に、デバイス外面に表れている蓋体58と配線基板51と接合部の表面に樹脂層64が設けられている。この樹脂層64を設けることにより気密性を更に向上させることが可能となる。特にデバイスの4つの角部では蓋体58と接合材59との間に僅かな隙間が生じる可能性があるため、この樹脂層64を設けることは気密性の更なる向上に有効である。この樹脂層64はエポキシ系の樹脂で形成されており、流動性が低いものが望ましい。
Further, as shown in FIG. 11, the opening side wall end portion of the
更に、図12に示すように、配線基板51を構成する複数の層のうち、配線基板51の一方の主面側最外層を除き各段差部の一方の主面側側面を構成する中間層の側面にのみ導体層54及び接合材59を形成した形態によっても、配線基板51の一方の主面側最外層上に配置した水晶振動素子56及び集積回路素子55に接合材59が飛散付着することを防止することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 12, among the plurality of layers constituting the
更に又、集積回路素子55自体は、その使用環境として気密された空間を必要としていないので、図13のように、蓋体58で封じされていない配線基板51の他方の主面に開口した凹部60bを形成し、その凹部60bに集積回路素子55を配置し、対応する各端子間等を機械的及び電気的に接続する形態の水晶発振器においても、本発明は有効である。
Furthermore, since the
次に上述した水晶発振器の製造方法について、各工程を図14から図16を用いて説明する。
(工程A)
まず、図14に示す如く、マトリクス状に配列された複数個の配線基板51領域を有すマスター基板70を準備し、マスター基板70の各配線基板領域の一方の主面上に形成した凹部60内に各々集積回路素子55を搭載し、その後、素子接続用電極パッド52上に水晶振動素子56を搭載する。
Next, in the method for manufacturing the crystal oscillator described above, each step will be described with reference to FIGS.
(Process A)
First, as shown in FIG. 14, a
マスター基板70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からなる矩形状の平板状基板が少なくとも2層積層され、そこに縦m列×横n行(m,nは2以上の自然数。)のマトリクス形態で外周形状が矩形の複数個の配線基板51領域を設定する。この各配線基板51領域上に、各配線基板領域と外周形状が相似で且つ外周寸法が配線基板領域外周より小さい平板状基板を積層配置し、各配線基板51領域の外周縁部に段差部61を形成する。このマトリクス状に設定された個々の配線基板51領域には、その一方の主面上には前述した一対の素子接続用電極パッド52、凹部60及び各配線基板領域を囲む段差部61の一方の主面側側面には導体層54を形成する。又、各配線基板51領域の他方の主面には入出力端子やグランド端子等となる外部接続用電極端子53が形成されている。
The
このようなマスター基板70を構成する各層は、例えば、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凹部60、素子接続用電極パッド52、外部接続用電極端子53及び各配線基板領域に設けられる導体パターン等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、これを必要枚数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。
Each layer constituting such a
又、各配線基板51領域の外周縁部に形成した段差部61の一方の主面側側面に形成した導体層54は、WもしくはMoの表面にNi層及びAu層を順次被着して形成し、その導体層54の表面には、金錫(Au−Sn)からなる接合材59が被着形成されている。この接合材59は蓋体58を配線基板51に対して接合するためのろう材として機能するものであり、金錫の組成比率は、約金80%、錫20%であり、その厚みは概略10μm〜30μmで形成される。
Further, the
また、このように形成したマスター基板70の各配線基板51領域に形成した凹部60の中には集積回路素子55が搭載され、且つ各配線基板51領域の一方の主面には水晶振動素子56が搭載され、水晶振動素子56の励振電極と、それに対応する集積回路素子55の接続端子とが、各配線基板51領域内の一方の主面上の素子接続用電極パッド52と導電性接着剤57を介して電気的に接続される。
An
更に、本発明の他の実施形態として、マスター基板70を構成する各配線基板領域の一方の主面の外周近傍に、囲繞形態で且つ各配線基板領域の一方の主面表面から配線基板領域の厚み方向に深さ成分を有する溝部62(図14には図示なし)を設けることにより、後述する工程で蓋体58と接合材59を接合する際に、接合材59が流れ出しても、溝62で塞き止められ、水晶振動素子56及び集積回路素子55に接合材59が付着することがないので、安定した発振特性を得ることが可能となる。
Furthermore, as another embodiment of the present invention, in the vicinity of the outer periphery of one main surface of each wiring board region constituting the
(工程B)
次に、図15に示す如く、外形形状が概略箱状であり且つ開口部の形状が各配線基板51領域に形成した段差部61の一方の主面側側面外周形状(接合材59を含む)と同じ蓋体58を、マスター基板70の各配線基板51領域の一方の主面上に、段差部61に蓋体58の開口部が嵌合するように配置し、この蓋体58の側壁部内面と接合材59とを接合し、各配線基板領域の一方の主面に搭載されている水晶振動素子56及び凹部60内の集積回路素子55を気密に封止する。
(Process B)
Next, as shown in FIG. 15, the outer peripheral shape is a substantially box shape, and the shape of the opening on one main surface side of the
蓋体58は、例えば、42アロイやコバール,リン青銅等の金属から成る、厚み60μm〜100μmの金属板を従来周知の板金加工にて所定形状に加工することによって製作される。蓋体58は板状の金属を箱状にプレス加工し、蓋体58の内側面には、ニッケル(Ni)層を形成する。
The
このような形態の蓋体58を、対応する各配線基板51領域上の水晶振動素子56及び凹部60内の集積回路素子55を覆うようにしてマスター基板70の各配線基板51領域の外周縁部に形成された段差部61に載置させ、しかる後、300℃〜350℃の温度に保たれた加熱炉の中に入れ、段差部61に形成した接合材59を高温で加熱・溶融させることによって蓋体58が各配線基板領域の段差部61に接合される。その後、一体化されたマスター基板70と複数の蓋体58は徐々に室温まで冷却される。尚、上述した一連の接合工程は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中、若しくは真空中で行うのが好ましく、これによって水晶振動素子5が収納される内部空間には不活性ガスが充満又は真空になるため、水晶振動素子5が酸素や大気中の水分等によって腐食・劣化するのを有効に防止することができる。
The outer peripheral edge portion of each
(工程C)
そして最後に、図16に示す如く、工程Bにおいて蓋体58を各配線基板51領域に接合したマスター基板70を、各配線基板51領域の外周に沿って一括的に切断し、個々の水晶発振器を得る。マスター基板70の切断は、例えば、ダイサー等を用いてマスター基板70をマスター基板側から一括的に切断することによって行われ、これによって複数個の水晶発振器が同時に得られる。図11に示すように、マスター基板を切断後、個々の水晶発振器を形成した後で、水晶発振器外面に表れている蓋体58と配線基板51と接合部の表面にエポキシ系樹脂からなる樹脂層64をディスペンサにより塗布し、熱等を照射することによって硬化させる。このことにより接合部強度を高め、気密性を更に向上させることが可能となる。
(Process C)
Finally, as shown in FIG. 16, in step B, the
しかもこの場合、水晶発振器の組み立てに際して、マスター基板70そのものがキャリアとして機能するようになっていることから、個片化した配線基板を個々にキャリアに保持して水晶発振器を組み立てるといった煩雑な作業は一切不要となり、これにより水晶発振器の組み立て工程が大幅に簡素化されるようになり、水晶発振器の生産性向上に供することが可能となる。尚、本実施例2に開示の製造方法では、加熱炉を用いて接合材59を溶融させ封止しているが、レーザー等を照射することにより接合材59を加熱溶融させて気密封止をする方法でも構わない。
In addition, in this case, since the
尚、本発明は上述の実施例1及び実施例2に記載のもの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。例えば、上述した実施形態においては、圧電振動素子の材料として水晶を用いたものを例示したが、圧電効果を奏するものであれば、水晶の他に、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムや圧電セラミックを使用しても構わない。又、上述した実施形態では、圧電デバイスの一例として圧電(水晶)振動子及び圧電(水晶)発振器を例示して説明したが、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振動素子を用いる場合にも本発明は適用可能である。 The present invention is not limited to those described in the first embodiment and the second embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the material using the quartz crystal as the material of the piezoelectric vibration element is exemplified. However, in addition to the crystal, lithium tantalate, lithium niobate, or piezoelectric ceramic is used as long as the material has a piezoelectric effect. You can use it. In the above-described embodiment, a piezoelectric (quartz) vibrator and a piezoelectric (quartz) oscillator are illustrated as an example of a piezoelectric device. However, other piezoelectric vibrations such as a surface acoustic wave (SAW) filter are used as piezoelectric vibration elements. The present invention is also applicable when using an element.
1,51・・・配線基板
2,52・・・素子接続用電極パッド
3,53・・・外部接続用電極端子
4,54・・・導体層
5,56・・・水晶振動素子(圧電振動素子)
6・・・励振電極
7,57・・・導電性接着材
8,58・・・蓋体
9,59・・・接合材
10,70・・・マスター基板
11,61・・・段差部
12,62・・・溝部
14,64・・・樹脂層
55・・・集積回路素子
60・・・凹部
DESCRIPTION OF
6 ...
Claims (6)
配線基板の側面には該配線基板の一方の主面に向かって凸の段差部が設けられ、該段差部の側面に接合材が形成され、該蓋体の側壁部内面と該接合材とが接合され、該蓋体と該配線基板の一方の主面により形成される内部空間が気密に封止されていることを特徴とする圧電デバイス。 A wiring board and a box fixed to the wiring board in a form in which at least a piezoelectric vibration element is arranged on one main surface of the wiring board and covering one main surface of the wiring board on which the piezoelectric vibration element is arranged In a piezoelectric device consisting of a shaped lid,
A convex stepped portion is provided on one side of the wiring substrate on the side surface of the wiring substrate, a bonding material is formed on the side surface of the stepped portion, and the inner surface of the side wall of the lid and the bonding material are A piezoelectric device, wherein an internal space formed by joining and formed by one main surface of the lid and the wiring board is hermetically sealed.
該圧電振動素子が搭載されている空間を気密に封止するための箱状の蓋体を、該マスター基板の各配線基板領域の一方の主面上に被覆し、該蓋体の側壁部内面と該接合材とを接合する工程Bと、
該マスター基板の各配線基板領域の外周に沿って一括的に切断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C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 convex step portion is provided on one main surface of each wiring board region at each outer peripheral edge portion of the plurality of wiring board regions arranged in a matrix, and a bonding material is formed on the side surface of each step portion. Preparing a master substrate, and mounting at least a piezoelectric vibration element on one main surface of each wiring board region in the master substrate; and
A box-shaped lid for hermetically sealing the space in which the piezoelectric vibration element is mounted is covered on one main surface of each wiring board region of the master substrate, and the inner surface of the side wall of the lid And step B for bonding the bonding material and
Step C for simultaneously obtaining a plurality of piezoelectric devices by collectively cutting and separating along the outer periphery of each wiring board region of the master substrate;
A method for manufacturing a piezoelectric device comprising:
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