JP2007103995A - Piezoelectric device - Google Patents
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- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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及び圧電発振器等の圧電デバイスに関するものである。 The present invention relates to piezoelectric devices such as piezoelectric vibrators and piezoelectric oscillators used in electronic devices such as portable communication devices and electronic computers.
従来、圧電素板の両主面に電極を形成した圧電振動素子をパッケージ内部に搭載した、例えば、圧電振動子や、圧電振動素子と圧電振動素子に接続し素子を励振させる発振回路とを同一のパッケージ内に搭載した圧電発振器、あるいは、特定の周波数帯を分離する圧電フィルタ等の圧電デバイスが、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に多用されている。そして近年、表面実装に対応した形状の圧電デバイスが開発され、電子機器の小型化に伴って、これらの圧電デバイスも小型化が進められている。 Conventionally, a piezoelectric vibration element in which electrodes are formed on both main surfaces of a piezoelectric element plate is mounted inside a package. For example, a piezoelectric vibrator or an oscillation circuit that connects the piezoelectric vibration element to the piezoelectric vibration element and excites the element is the same. Piezoelectric oscillators mounted in the package or piezoelectric devices such as a piezoelectric filter for separating a specific frequency band are widely used in electronic devices such as portable communication devices and electronic computers. In recent years, piezoelectric devices having a shape corresponding to surface mounting have been developed, and with the miniaturization of electronic equipment, these piezoelectric devices are also being miniaturized.
かかる従来の圧電デバイスの一例としては、図5に圧電材として水晶を使用した水晶振動子50の断面図を示す。容器体51に形成された凹部空間52内底面には、一対の素子接続用電極パッド53が設けられている。この素子接続用電極パッド53上には、導電性接着材54を介して電気的に接続される一対の励振電極を表裏主面に有した水晶振動素子55が搭載されており、この水晶振動素子55を囲繞する容器体51の側壁部頂面にはシールリング56が取着されている。このシールリング56の上に金属製の蓋体57を被せ、シーム溶接等でシールリング56と蓋体57とを溶融接合することにより、水晶振動素子55の搭載空間(凹部空間52)を気密封止した水晶振動子である。(例えば、下記特許文献1を参照。)
As an example of such a conventional piezoelectric device, FIG. 5 shows a cross-sectional view of a
このような水晶振動子おいて、容器体51の実装側主面に設けられる入出力端子並びにグランド端子等の電極端子58を介して、容器体51内部に搭載された水晶振動素子55の励振電極間に外部からの励振電圧が印加されると、水晶振動素子55の形態等に応じた所定の振動モード及び周波数で振動を起こすようになっており、その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。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。
In such a crystal resonator, the excitation electrode of the
前述のような水晶振動子等を含む圧電デバイスについては、以下のような文献が開示されている。
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到らなかった。 In addition, the applicant did not come to discover prior art documents related to the present invention by the time of the filing of the application other than the prior art documents specified by the prior art document information described above.
従来の圧電デバイスにおいては、所謂帽子型の金属性蓋体を用いることにより、蓋体で囲われている内部空間全体を電磁ノイズに対しシールドすることが可能であったが、近年見られるセラミックパッケージ及び平板型の蓋体を用いた小型化の圧電デバイスにおいては、側面方面の電磁ノイズシールド性が従来のものに比べ劣ってしまう恐れがある。したがって、外部からの電磁ノイズの影響を受けやすくなり、発振周波数の安定性に悪影響を与えるといった欠点があった。 In a conventional piezoelectric device, by using a so-called hat-shaped metallic lid, it was possible to shield the entire internal space surrounded by the lid from electromagnetic noise. And in a miniaturized piezoelectric device using a flat-type lid, there is a risk that the electromagnetic noise shielding property in the side surface direction is inferior to that of the conventional one. Therefore, there is a drawback in that it is easily affected by external electromagnetic noise and adversely affects the stability of the oscillation frequency.
また、発振周波数の安定性が乱れると、前記圧電デバイスは電子機器におけるデータ転送の際の基準信号源として使用されるため、データ転送がうまくいかず、電子機器内外においてビットエラーが発生してしまうという欠点があった。 Also, if the stability of the oscillation frequency is disturbed, the piezoelectric device is used as a reference signal source for data transfer in electronic equipment, so that data transfer is not successful and bit errors occur inside and outside the electronic equipment. There was a drawback.
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、外部からの電磁ノイズが内部に進入することを遮蔽することにより、発振周波数の安定度を改善した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 drawbacks, and its object is to provide a piezoelectric device with improved stability of oscillation frequency by shielding external electromagnetic noise from entering the interior. is there.
上述した課題を解決するために成された本発明は、主面形状が矩形の容器体に形成された凹形状の内部空間に少なくとも圧電振動素子が搭載され、この内部空間を囲繞する側壁部の内部空間開口側頂面には内部空間の開口部を覆う形態の金属製の蓋体が配置されており、この蓋体と内部空間開口側頂面に設けた導体層とを固着して成る圧電デバイスにおいて、前記容器体の底面及び側面に形成されている各種電極端子のうちのグランド端子が、この容器体の側面及び導体層を通じて蓋体に電気的に接続されており、且つ前記容器体の側面に形成されているグランド端子の形成専有面積が、容器体の側面面積に対して30%〜50%であることを特徴とする圧電デバイスである。 In order to solve the above-described problems, the present invention is configured such that at least a piezoelectric vibration element is mounted in a concave internal space formed in a container body having a rectangular main surface shape, and a side wall portion surrounding the internal space is provided. A metal lid that covers the opening of the internal space is disposed on the top surface of the internal space opening side, and the piezoelectric body is formed by fixing this lid and a conductor layer provided on the top surface of the internal space opening side. In the device, a ground terminal among various electrode terminals formed on the bottom surface and the side surface of the container body is electrically connected to the lid through the side surface and the conductor layer of the container body, and the container body The piezoelectric device is characterized in that the formation exclusive area of the ground terminal formed on the side surface is 30% to 50% with respect to the side surface area of the container body.
又、容器体の内部空間内には集積回路素子が収容されており、側面に形成されている電極端子のうちの少なくとも2つが圧電振動素子のモニタ用電極端子とグランド端子との兼用端子であることを特徴とする前記載の記圧電デバイスでもある。 Further, an integrated circuit element is accommodated in the internal space of the container body, and at least two of the electrode terminals formed on the side surface are dual-purpose terminals serving as the monitor electrode terminal and the ground terminal of the piezoelectric vibration element. It is also the above-mentioned piezoelectric device characterized by this.
本発明の圧電デバイスによれば、容器体の側面に形成されている電極端子のうちのグランド端子が、容器体の側面及び容器体側壁部頂面に形成された導体層を通じて金属製の蓋体に電気的に接続されていることにより、グランド端子に電気的に接続されている蓋体がグランド電位で電気的に安定し、また蓋体と圧電振動素子の励振電極との間隔にて発生する浮遊容量も安定し、発振周波数の安定性が乱されることがないため、圧電デバイスを搭載した電子機器内外におけるデータ転送を確実に行うことが可能となる。またこのことにより、圧電振動素子の発振特性が変動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 ground terminal among the electrode terminals formed on the side surface of the container body is made of a metal lid through the conductor layer formed on the side surface of the container body and the top surface of the side wall of the container body. The lid that is electrically connected to the ground terminal is electrically stabilized at the ground potential, and is generated at the interval between the lid and the excitation electrode of the piezoelectric vibration element. Since the stray capacitance is stable and the stability of the oscillation frequency is not disturbed, it is possible to reliably transfer data inside and outside the electronic device equipped with the piezoelectric device. This also makes it possible to prevent the oscillation characteristics of the piezoelectric vibration element from fluctuating.
また本発明の圧電デバイスによれば、前記容器体の側面に形成されているグランド端子の形成専有面積が、容器体側面面積の30%〜50%であることによって、容器体側面からの電磁ノイズの影響を最も効率よく緩和するので、外部からの電磁ノイズが圧電振動素子に重畳することを防止することが可能となる。 Moreover, according to the piezoelectric device of the present invention, the formation exclusive area of the ground terminal formed on the side surface of the container body is 30% to 50% of the side surface area of the container body. Therefore, it is possible to prevent external electromagnetic noise from being superimposed on the piezoelectric vibration element.
更に、本発明の圧電デバイスにおいて、容器体に集積回路素子が収容されており、側面に形成されている圧電振動素子のモニタ用電極端子とグランド端子とを一つの電極端子として兼用することができるので、デバイス側面に形成する電極端子の個数を削減でき、圧電デバイスを小型化することが可能となる。 Furthermore, in the piezoelectric device of the present invention, the integrated circuit element is accommodated in the container body, and the electrode terminal for monitoring and the ground terminal of the piezoelectric vibration element formed on the side surface can be used as one electrode terminal. Therefore, the number of electrode terminals formed on the side surface of the device can be reduced, and the piezoelectric device can be miniaturized.
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る圧電デバイスを、圧電材料として水晶を用いた振動子(以下、水晶振動子という)を例に示した外観分解斜視図である。図2は、図1に記載の水晶振動子を組み立てた後の断面図であり、これらの図に示す水晶振動子は、内部に水晶振動素子5が収容された主面形状が矩形の容器体1を、蓋体2によって気密封止された構造である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an external exploded perspective view illustrating a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention using a vibrator using quartz as a piezoelectric material (hereinafter referred to as a quartz vibrator) as an example. FIG. 2 is a cross-sectional view after assembling the crystal unit shown in FIG. 1, and the crystal unit shown in these figures is a container body having a rectangular main surface in which a
容器体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から成り、又、蓋体2は、42アロイやコバール,リン青銅等の金属から成る。前記容器体1の一方の主面には、一方の主面に開口する凹形状の内部空間8が形成されており、この内部空間8を囲繞する側壁部の開口側頂面には導体層3が形成されている。この導体層3は、タングステン(W)または、モリブデン(Mo)等から成るメタライズ層、前記メタライズ層の上面に、ニッケル(Ni)層が形成されており、前記ニッケル(Ni)層の上面には、金(Au)層を形成することによって構成されている。この導体層3の上面に蓋体2を、内部空間8開口部を覆う形態で載置し固着させる。
The
容器体1について更に具体的に説明する。容器体1は内部空間8に水晶振動素子5を収容して蓋体4により気密封止するためのものであり、容器体1の内部空間8内底面には水晶振動素子5の励振電極と電気的に接続される一対の素子接続用電極パッド9が、容器体1の外側下面には、入力端子及び出力端子、グランド端子等の外部接続用電極端子7が形成されている。これらの端子等は容器体表面の配線導体や容器体内部に埋設されているビアホール等の導配線を介して、対応するもの同士、相互に電気的に接続されている。
The
尚、前記容器体1は、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る場合、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配線導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって塗布するとともに、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。
When the
前述したように容器体1の内部空間8を囲繞する側壁部の開口側頂面には導体層3が形成されており、その構成は、タングステン(W)または、モリブデン(Mo)等から成るメタライズ層を形成し、その厚みは、10μm〜20μmであり、前記メタライズ層の上面にニッケル(Ni)層を形成し、その厚みは、8μm〜20μmである。また、前記ニッケル(Ni)層の上面には、金(Au)層が形成されており、その厚みは、0.3μm〜1.0μmである。
As described above, the
また、容器体1の側面には、容器体1の下面に設けられた外部接続用電極端子7と電気的接続されているものを含む電極端子が形成されており、その電極端子のうちの外部接続用電極端子7のグランド電極と電気的に接続したグランド端子10が、後述する蓋体2と容器体1の外側面及び導体層3を通じて電気的に接続することにより、グランド端子10に電気的に接続される蓋体3がグランド電位で電気的に安定し、又蓋体2と水晶振動素子5の励振電極との間隔にて発生する浮遊容量も安定することにより、発振周波数の安定性が乱されることがないため、水晶振動子を電子部品として搭載する電子機器内外におけるデータ転送を確実に行うことが可能となる。またこのことにより、水晶振動素子5の発振特性が変動することを防止することが可能となる。
Moreover, the electrode body including what is electrically connected with the
また蓋体2は従来周知の金属加工法を採用し、42アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作される。蓋体2の上面には、ニッケル(Ni)層が形成され、更にニッケル(Ni)層の上面の少なくとも導体層3に相対する箇所に封止材4である金錫(Au−Sn)層が形成される。金錫(Au−Sn)層の厚みは、10μm〜40μmである。例えば、成分比率が、金が80%、錫が20%のものが使用されている。また、このような封止材4は、導体層3表面の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。
The
水晶振動素子5は、導電性接着剤6を用いて容器体1の内部空間8内底面に形成した素子接続用電極パッド9上に実装・固定した後、上述の蓋体2を導体層3上に内部空間8開口部を覆う形態で配置し、シーム溶接法等により導体層3と封止材4を加熱溶融することによって、容器体1と蓋体2とを気密封止することにより水晶振動子が組み立てられる。
The
一方、容器体1の内部に収容される水晶振動素子5は、人工水晶体の結晶軸から所定のアングルでカットし外形に切断研磨加工を施した水晶片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片に印加されると、所定の振動モード及び周波数で振動を起こす。水晶振動素子5は、一対の励振電極を、導電性接着剤6を介して内部空間8内底面の各励振電極にそれぞれ対応する素子接続用電極パッド9に電気的に接続固着させることによって内部空間8内に搭載され、これによって水晶振動素子5と容器体1との電気的接続及び機械的接続が同時になされる。
On the other hand, the
ここで蓋体2を、容器体1の導体層3を介して容器体下面及び側面に配されるグランド端子用の外部端子7に接続させておけば、その水晶振動子の使用時において、蓋体2が接地されることにより蓋体2及びグランド端子10による電磁ノイズシールド機能が作用されることとなるため、水晶振動素子5を外部からの不要な電気的作用より、良好に保護することができる。尚、このグランド端子10の形成面積は容器体1の側面面積の30%〜50%の範囲内で形成してある。即ち、30%未満であれば必要とされる電磁ノイズシールド効果を得ることができず、又50%より大きい専有面積でグランド端子10を形成してしまうと、他の電極端子が形成できない場合や、グランド端子10と他の電極端子が接近しすぎてしまい、端子間の短絡など不具合が発生する恐れが生じる。
Here, if the
また、図3及び図4に示すように、上記容器体に水晶振動素子5の他に集積回路素子11並びに電子部品素子12を搭載することによって水晶発振器とすることができる。集積回路素子11はフリップチップ工法で上記容器体に電気的・機械的に接続され、その集積回路素子11内では、水晶振動素子5に基づいて、発振出力を生成する発振回路等が設けられ、こ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。また、前記集積回路素子11を従来周知のワイヤーボンディング法により接続しても構わない。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, a crystal oscillator can be formed by mounting an
又、電子部品素子12は、可変容量ダイオード及びチップ部品等であり、発振周波数を調整するものである。この可変容量ダイオードは、外部制御電圧を印加することによって発振周波数を調整する役割を担うほか、インダクタ素子は水晶振動素子5と直列に接続すると周波数の調整範囲を広げる役割があり、他にコンデンサ素子、抵抗素子等も付加することが考えられる。
The
また、水晶振動素子5の発振特性を測定する為、モニタ用電極端子13がを容器体1の側面に形成する場合があるが、このモニタ用電極端子13と前述したグランド端子10とは兼用させることが可能であり、更にモニタ用電極端子13の形成面積を広くとることで、圧電デバイスとしての電磁ノイズシールド性能を増大させることが可能となる。
In addition, in order to measure the oscillation characteristics of the
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。例えば、上述した実施形態においては、個片の容器体を使用していたが、多数個取り基板を使用しても問題はなく、さらに生産性を向上する利点がある。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, individual container bodies are used. However, there is no problem even if a multi-piece substrate is used, and there is an advantage that productivity is further improved.
又、上述の実施形態においては圧電振動素子を構成する圧電材料として水晶を用いるようにしたが、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、ニオウブ酸リチウムや圧電セラミックを使用しても構わない。 In the above-described embodiment, quartz is used as the piezoelectric material constituting the piezoelectric vibration element. However, in addition to quartz, lithium tantalate, lithium niobate, or piezoelectric ceramic is used as long as it has a piezoelectric effect. You can use it.
更に、上述した実施形態においては、圧電振動素子として水晶振動素子を用いた水晶振動子又は水晶発振器を例にとって説明したが、これに代えて、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。 Furthermore, in the above-described embodiment, the crystal resonator or the crystal oscillator using the crystal resonator element as the piezoelectric resonator element has been described as an example. However, instead of this, as the piezoelectric resonator element, a surface acoustic wave (SAW) filter or the like can be used. The present invention can also be applied when using other piezoelectric vibration elements.
1・・・容器体
2・・・蓋体
3・・・導体層
4・・・封止材
5・・・水晶振動素子
6・・・導電性接着剤
7・・・外部接続用端子電極
8・・・内部空間
9・・・素子接続用電極パッド
10・・・グランド端子
11・・・集積回路素子
12・・・電子部品素子
13・・・モニタ用電極端子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該容器体の底面及び側面に形成されている各種電極端子のうちのグランド端子が、該容器体の側面及び該導体層を通じて該蓋体に電気的に接続されており、且つ該容器体の側面に形成されているグランド電極端子の形成専有面積が、該容器体の側面面積に対して30%〜50%であることを特徴とする圧電デバイス。 At least a piezoelectric vibration element is mounted in a concave internal space formed in a container body having a rectangular main surface shape, and an opening portion of the internal space is formed on an inner space opening side top surface of a side wall portion surrounding the internal space. In a piezoelectric device in which a cover body in a covering form is arranged and the cover body and a conductor layer provided on the top surface on the inner space opening side are fixed,
A ground terminal of various electrode terminals formed on the bottom surface and the side surface of the container body is electrically connected to the lid body through the side surface of the container body and the conductor layer, and the side surface of the container body The piezoelectric device is characterized in that the formation exclusive area of the ground electrode terminal formed in is 30% to 50% with respect to the side surface area of the container body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005287339A JP2007103995A (en) | 2005-09-30 | 2005-09-30 | Piezoelectric device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005287339A JP2007103995A (en) | 2005-09-30 | 2005-09-30 | Piezoelectric device |
Publications (1)
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JP2007103995A true JP2007103995A (en) | 2007-04-19 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010093544A (en) * | 2008-10-08 | 2010-04-22 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Crystal oscillator for surface mounting |
JP2014096620A (en) * | 2012-11-07 | 2014-05-22 | River Eletec Kk | Piezoelectric vibrator, and oscillation circuit |
-
2005
- 2005-09-30 JP JP2005287339A patent/JP2007103995A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010093544A (en) * | 2008-10-08 | 2010-04-22 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Crystal oscillator for surface mounting |
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