JP2008085962A - Piezoelectric oscillator - 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電子部品の1つである圧電発振器のうち、容器体上に少なくとも圧電振動素子と集積回路素子を搭載した圧電発振器に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric oscillator in which at least a piezoelectric vibration element and an integrated circuit element are mounted on a container body, among piezoelectric oscillators that are one of electronic components used in electronic devices such as portable communication devices.
従来、携帯用通信機器等の電子機器には、電気機器或いは電子機器に搭載する電子部品の動作基準信号やクロック信号等の発生源として用いる、電子部品の一つである圧電発振器が使用されている。 Conventionally, in electronic devices such as portable communication devices, piezoelectric oscillators, which are one of electronic components, are used as sources for generating operation reference signals and clock signals of electronic devices mounted on electric devices or electronic devices. Yes.
かかる従来の圧電発振器を説明する。即ち、セラミック材料等から成る容器体に形成された凹部空間内に、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム又は圧電セラミックスを素材とする矩形平板状の圧電振動素子を、その一短辺端部でのみ保持する形態で搭載し、且つこの圧電振動素子と電気的に接続した発振回路を内蔵した集積回路素子とを一緒に搭載し、更に前記容器体上に金属製の蓋体を載置固定することにより圧電振動素子及び集積回路素子が搭載された凹部空間を気密封止することより圧電発振器が構成されている。(例えば、特許文献1を参照)。また、この圧電発振器には、前記容器体の側壁外側面に、凹部空間内に搭載されている圧電振動素子の電気的特性を測定するためのモニタ用電極端子が設けられている。(例えば、特許文献2を参照)。 Such a conventional piezoelectric oscillator will be described. That is, a rectangular plate-shaped piezoelectric vibration element made of quartz, lithium tantalate, lithium niobate, or piezoelectric ceramics is formed at one short side end portion in a recessed space formed in a container body made of a ceramic material or the like. And an integrated circuit element including an oscillation circuit that is electrically connected to the piezoelectric vibration element is mounted together, and a metal lid is placed and fixed on the container body. Thus, the piezoelectric oscillator is configured by hermetically sealing the recessed space in which the piezoelectric vibration element and the integrated circuit element are mounted. (For example, see Patent Document 1). In addition, this piezoelectric oscillator is provided with a monitor electrode terminal for measuring the electrical characteristics of the piezoelectric vibration element mounted in the recessed space on the outer side wall of the container body. (For example, see Patent Document 2).
上述したような形態の圧電発振器については以下のような先行技術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.
上述した従来の圧電発振器においては、通常、発振器の組み立てが完了した後、圧電振動素子のクリスタルインピーダンス(以下、CIという)特性を電気特性測定器で測定することにより、圧電発振器としての電気的特性の良否検査を行うようにしている。そのため、容器体の側壁外側面にモニタ用電極端子が被着形成されていたが、圧電発振器本体にモニタ用電極端子に形成した場合、そのモニタ用電極端子の形成面積が小さくなってしまい、電気特性測定器のコンタクトピンをモニタ用電極端子に、簡易且つ確実に接触させることが困難となる虞があり、コンタクトピンとモニタ用電極端子間の接触不良により、特性検査の作業性や効率が著しく低下してしまうといった課題があった。 In the conventional piezoelectric oscillator described above, the electrical characteristics as a piezoelectric oscillator are usually measured by measuring the crystal impedance (hereinafter referred to as CI) characteristics of the piezoelectric vibration element with an electrical characteristic measuring instrument after the assembly of the oscillator is completed. We are going to conduct a pass / fail inspection. For this reason, the monitor electrode terminal is deposited on the outer side surface of the side wall of the container body. However, when the monitor electrode terminal is formed on the piezoelectric oscillator body, the area of the monitor electrode terminal is reduced, and the There is a risk that it will be difficult to contact the contact pin of the characteristic measuring instrument with the monitor electrode terminal easily and securely. Due to poor contact between the contact pin and the monitor electrode terminal, the workability and efficiency of the characteristic inspection will be significantly reduced. There was a problem such as.
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、その目的は、組み立て後であっても、圧電振動素子の特性測定検査を容易且つ確実に行うことができ、生産性や作業性を向上させることができる圧電発振器を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above problems, and its purpose is to easily and reliably perform a characteristic measurement inspection of a piezoelectric vibration element even after assembly, thereby improving productivity and workability. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric oscillator that can be used.
本発明は上述した課題を解決するために成されたものであり、矩形状の容器体の凹部空間内底面に素子搭載パッドが形成され、この素子搭載パッドに圧電振動素子並びに圧電振動素子と電気的に接続する電子回路網が内蔵された集積回路素子が搭載されており、容器体の側壁頂部には凹部空間の開口部を覆う矩形状の蓋体が配置されており、この蓋体と側壁頂部に設けた封止用導体パターンとを固着し、容器体内の圧電振動素子並びに集積回路素子を気密封止する形態で少なくとも構成された圧電発振器であって、
前述した圧電発振器の外底面下には、圧電発振器の外底面面積より広い主面面積を有する支持基板が配置されており、圧電発振器の外底面に形成した基板接続用電極端子と、支持基板の一方の主面に形成された発振器搭載パッド上とが電気的且つ機械的に接続されており、支持基板に圧電発振器を配置した際に、圧電発振器配置領域外となる支持基板の一方の主面の領域には、容器体を介して圧電振動素子と電気的に接続するモニタ用電極端子が設けられていることを特徴とする圧電発振器である。
The present invention has been made to solve the above-described problems. An element mounting pad is formed on the bottom surface of the concave space of the rectangular container body. The piezoelectric element and the piezoelectric vibrating element and the electric element are mounted on the element mounting pad. An integrated circuit element having a built-in electronic circuit to be connected is mounted, and a rectangular lid that covers the opening of the recessed space is disposed on the top of the side wall of the container body. A piezoelectric oscillator that is at least configured in a form that hermetically seals the piezoelectric vibration element and the integrated circuit element in the container body by fixing the sealing conductor pattern provided on the top,
A support substrate having a major surface area larger than the outer bottom surface area of the piezoelectric oscillator is disposed under the outer bottom surface of the piezoelectric oscillator described above. A substrate connection electrode terminal formed on the outer bottom surface of the piezoelectric oscillator, and a support substrate One main surface of the support substrate that is electrically and mechanically connected to the oscillator mounting pad formed on one main surface and is outside the piezoelectric oscillator arrangement region when the piezoelectric oscillator is arranged on the support substrate This region is provided with a monitor electrode terminal electrically connected to the piezoelectric vibration element through the container body.
又、モニタ用電極端子が、支持基板上に配置された金属ポスト体により構成されていることを特徴とする前段落記載の圧電発振器でもある。 Also, the piezoelectric oscillator according to the preceding paragraph is characterized in that the monitor electrode terminal is constituted by a metal post disposed on a support substrate.
本発明の圧電発振器によれば、凹部空間内部に圧電振動素子並びにこの圧電振動素子の発振周波数に対応した発振信号を出力する発振回路を内蔵した集積回路素子を収容している矩形状の容器体を支持基板上に固定させて構成された圧電発振器であって、この支持基板主面上の圧電発振器配置領域外の主面領域に、前記容器体を介して凹部空間内の圧電振動素子と接続されて、圧電振動素子の電気的特性を容易且つ確実に測定可能な大きさのモニタ用電極端子が設けることができ、コンタクトピンとモニタ用電極端子との間の接触不良による特性測定不具合の発生を防止し、圧電発振器の生産性を大幅に向上させることが可能となる。 According to the piezoelectric oscillator of the present invention, a rectangular container body containing an integrated circuit element containing a piezoelectric vibration element and an oscillation circuit that outputs an oscillation signal corresponding to the oscillation frequency of the piezoelectric vibration element in the recess space. A piezoelectric oscillator configured to be fixed on a support substrate, and connected to the piezoelectric vibration element in the recessed space through the container body to a main surface region outside the piezoelectric oscillator arrangement region on the support substrate main surface. Thus, a monitor electrode terminal having a size capable of easily and reliably measuring the electrical characteristics of the piezoelectric vibration element can be provided, and the occurrence of a characteristic measurement failure due to poor contact between the contact pin and the monitor electrode terminal can be provided. And the productivity of the piezoelectric oscillator can be greatly improved.
また、本発明の圧電発振器によれば、モニタ用電極端子が、支持基板上に配置された立体型の金属ポスト体により構成されていることによって、圧電発振器の側面方向からコンタクトピンをモニタ用電極端子に接触させることができる。 Further, according to the piezoelectric oscillator of the present invention, the monitor electrode terminal is constituted by a three-dimensional metal post disposed on the support substrate, so that the contact pin is connected to the monitor electrode from the side surface direction of the piezoelectric oscillator. The terminal can be contacted.
以下、本発明を実施形態に関する詳細な説明を、各図を参照して行う。
図1は本発明の一実施形態に係る圧電発振器を示した分解斜視図である。図2は、図1に記載の圧電発振器を組み立てた後の形態を示した概略断面図である。尚、各図では、同じ符号は同じ部品を示し、又説明を明りょうにするため構造体の一部を図示していない。更に図示した寸法も一部誇張して示している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a piezoelectric oscillator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional view showing a form after the piezoelectric oscillator shown in FIG. 1 is assembled. In each figure, the same reference numerals indicate the same parts, and a part of the structure is not shown for clarity. In addition, some of the illustrated dimensions are exaggerated.
これらの図において、圧電発振器は、内部に搭載する圧電振動素子の素材として圧電材の1つである水晶を用いたものを示しており、主面形状が矩形の容器体10の内部に形成された凹部空間11内に、その圧電振動素子20と、圧電振動素子20と電気的に接続した発振回路及び周波数調整用回路が内蔵された集積回路素子30とを収容し、蓋体50によって圧電振動素子20及び集積回路素子30が搭載された凹部空間11を気密封止した構造である。本発明は、大略的にはこのような圧電発振器を構成する容器体10を支持基板60上に固定させた構造を有している。
In these drawings, the piezoelectric oscillator shows a material using a crystal, which is one of piezoelectric materials, as a material of a piezoelectric vibration element mounted therein, and is formed inside a
容器体10は、例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る絶縁層を複数層、積層することよって形成されており、容器体10の上主面には、中央域に矩形状に開口する凹部空間11が、凹部空間11の開口部を囲繞する側壁部の凹部空間11開口側頂面全周上には、環状の封止用導体パターン12が形成されている。容器体10の外部実装側主面(下主面)には、複数個の支持基板接続用電極端子13が設けられている。
The
容器体10は、その上主面側に開口する凹部空間11の内部に圧電材の1つである水晶を素材とする圧電振動素子20並びに集積回路素子30を搭載するためのものであり、容器体10の凹部空間11内には、集積回路素子30を搭載する為の集積回路素子搭載パッド14、及び圧電振動素子20の表裏両主面に形成された励振用電極21と、各個電気的に接続される圧電振動素子搭載パッド15が被着形成されている。この集積回路素子搭載パッド14は、集積回路素子30が電気的に接続され、容器体10内部の配線導体やビアホール導体等を介して支持基板接続用電極端子13のうちの所定の電極端子に接続し、支持基板接続用電極端子13と支持基板60に設けられた発振器搭載パッド63が導電性接合材により接続され、支持基板60の配線導体やビアホール導体を介して、支持基板の他方の主面に形成された基板外部接続用電極端子61のうちの電源電圧端子ならびに出力端子に電気的に接続される。
The
また、圧電振動素子搭載パッド15は、圧電振動素子20の励振用電極21に導電性接着材40を介して電気的に接続され、容器体10の内部の配線導体やビアホール導体等を介して、集積回路素子30に電気的に接続される。又、圧電振動素子搭載パッド15は、容器体10内部の配線導体やビアホール導体等を介して、支持基板接続用電極端子13のうちの所定の電極端子に接続し、支持基板接続用電極端子13と支持基板60の一方の主面に形成された発振器搭載パッド63とが、導電性接合材により接続されており、更に、発振器搭載パッド63から、支持基板60内部の配線導体やビアホール導体を介して、モニタ用電極端子62にも電気的に接続されている。
Further, the piezoelectric vibration
また、容器体10の側壁部の凹部空間11開口部側頂面に形成された封止用導体パターン12は、例えば、タングステン(W)、モリブデン(Mo)等から成る基層の表面にニッケル(Ni)層及び金(Au)層を順次、容器体10の環状に囲繞する形態で被着させることによって10μm〜25μmの厚みに形成されており、その封止用導体パターン12は、後述する蓋体50を、蓋体50に形成された封止部材51を介して、容器体10の上面に接合させるためのものであり、かかる封止用導体パターン12を上述したように、W若しくは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しておくことにより、封止用導体パターン12に対する封止部材51の濡れ性を良好とし、圧電発振器の気密信頼性及び生産性を向上させる。
Further, the
また、容器体10の内部には、一方の終端を容器体10の封止用導体パターン12に他方の終端を容器体10の支持基板接続用電極端子13に接続させたビア導体(図示せず)が埋設させており、容器体10の側壁部の開口側頂面に被着させた封止用導体パターン12上に、封止部材51を介して蓋体50を接合することによって、蓋体50がビア導体を介して容器体10の下面に形成されている支持基板接続用電極端子13を介して、支持基板60の外部接続用電極端子61のうちグランド端子と電気的に接続される。このように、金属素材からなる蓋体50を、支持基板接続用電極端子13を介して支持基板60の外部接続用電極端子61のグランド端子と電気的に接続させておくことにより、圧電発振器の使用の際には、蓋体50がグランド電位となるため、蓋体50の電磁シールド作用によって、圧電振動素子20並びに集積回路素子30を外部からの不要な電気的作用により良好に保護することができる。
In addition, a via conductor (not shown) having one end connected to the
尚、上述した容器体10は、アルミナセラミックスから成る場合、所定の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に封止用導体パターン12、支持基板接続用電極端子13、集積回路素子搭載パッド14、圧電振動素子搭載パッド15等となる導体ペーストを、また、セラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内にビア導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷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り製作される。
When the
一方、容器体10の凹部空間11内に収容される圧電振動素子20は、例えば、圧電振動素子20を構成する圧電材料の素材に水晶を用いた場合、その水晶素板は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施した、概略平板状で平面形状が四角形であり、その水晶素板の表裏両主面に一対の励振用電極21を被着・形成してなり、外部から交番電圧が励振用電極21を介して水晶素板に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。このような圧電振動素子20は、その両主面に被着されている励振用電極21と凹部空間11内底面の対応する圧電振動素子搭載パッド15とを、導電性接着材40を介して電気的且つ機械的に接続することによって凹部空間11内に搭載される。
On the other hand, when the
前記集積回路素子30、回路形成面に、発振出力を生成する発振回路等が設けられており、前記発振回路で生成された発振出力は、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。
An oscillation circuit for generating an oscillation output is provided on the
前記導電性接着材40は、シリコーン樹脂の中に導電性フィラーが含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、ニッケル鉄(NiFe)、またはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。 The conductive adhesive 40 contains a conductive filler in a silicone resin. Examples of the conductive powder include aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W), and platinum (Pt). , Palladium (Pd), silver (Ag), titanium (Ti), nickel (Ni), nickel iron (NiFe), or combinations thereof are used.
また蓋体50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、前記蓋体50の表面には、ニッケル(Ni)層が形成され、更にニッケル(Ni)層の上面の封止用導体パターン12に対応する箇所に封止部材51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、このような封止部材51は、封止用導体パターン12の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。また、封止部材51が薄すぎると当前記機能を充分に発揮しない。
The
前記支持基板60は、その一方の主面で先に述べた圧電発振器を構成する容器体10を支持するためのものであり、ガラス布基材エポキシ樹脂やポリカーボネイト,エポキシ樹脂,ポリイミド樹脂等の樹脂材料やガラス−セラミック,アルミナセラミックス等のセラミック材料等によって平板状をなすように形成されている。又、支持基板60の主面面積は、支持する容器体10の下主面面積よりも広く形成されており、その一方の主面における圧電発振器配置領域内には複数個の発振器搭載パッド63が、又一方の主面における圧電発振器配置領域外には、複数個のモニタ用電極端子62が形成されている。
The
更に、支持基板60の他方の主面には外部接続用電極端子61が形成されており、この外部接続用電極端子61は圧電発振器としての電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子として機能するものであり、これら外部接続用電極端子61の表面には、外部配線基盤との接合に用いられる半田等の接合状態を良好となすために、例えば、ニッケルめっきや金めっき等が所定厚みに被着される。
このようなグランド端子を含む外部接続用電極端子61は、圧電発振器をマザーボード等の外部配線基盤上に搭載する際に、外部配線基盤の配線と半田や金属バンプ等の導電性を有する接合材を介して電気的に接続するための電極端子として機能する。
Further, an external
The external
支持基板60の一方の主面における圧電発振器配置領域外に形成された複数個のモニタ用電極端子62は、その主面形状が矩形状で平板状に形成されている。又、その主面面積は、後述するコンタクトピンが簡易且つ確実に接触可能な大きさで形成されており、圧電発振器の組み立てが完了した後、凹部空間11内に搭載した圧電振動素子20のインピーダンス特性を電気特性測定器で測定する際に、電気特性測定器のコンタクトピンが接触するようになっている。
The plurality of
また、圧電振動素子20のインピーダンス特性の測定に使用される電気特性測定器としては、圧電振動素子20の共振周波数、クリスタルインピーダンスの他、インダクタンス、容量等の等価パラメータを測定することができるネットワークアナライザやインピーダンスアナライザ等が用いられ、そのコンタクトピンは、銅、銀等の合金の表面に金メッキを施した高導電性のピンと、接触時の衝撃を抑制するばね性をもったリセクタブルソケットとで構成され、これをモニタ用電極端子62に押し当て接触させることで測定が行われる。
In addition, as an electrical characteristic measuring instrument used for measuring the impedance 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、上述した実施例で説明したモニタ用電極端子62の形態は、主面形状が矩形の平板形状であるが、他に、図3および図4に示すようにモニタ用電極端子62の形態を、支持基板60上に配置された立体型の金属ポスト体62aのように構成することによって、圧電発振器の側面側(金属ポスト体62aの側面側)からコンタクトピンを押し当て接触させることが可能となる。このような形態にすることにより、従来の側壁外側面にモニタ用電極端子を形成した形態の圧電発振器に使用していた電気特性測定装置を簡易に流用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, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the form of the
又、支持基板60は、ガラス布基材エポキシ樹脂から成る場合、ガラス糸を編み込んで形成したガラス布基材にエポキシ樹脂の液状前駆体を含浸させるとともに、前記前駆体を高温で重合させることによってベースが形成され、その表面に貼着される銅箔等の金属箔を従来周知のフォトエッチング等を採用し、所定パターンに加工することによって金属ポスト体を形成しても良い。
When the
10・・・容器体
11・・・凹部空間
12・・・封止用導体パターン
13・・・支持基板接続用電極端子
14・・・集積回路素子搭載パッド
15・・・圧電振動素子搭載パッド
20・・・圧電振動素子
21・・・励振用電極
30・・・集積回路素子
40・・・導電性接着材
50・・・蓋体
51・・・封止部材
60・・・支持基板
61・・・外部接続用電極端子
62・・・モニタ用電極端子
62a・・・金属ポスト体
63・・・発振器搭載パッド
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記圧電発振器の外底面下には、前記圧電発振器の外底面面積より広い主面面積を有する支持基板が配置されており、前記圧電発振器の外底面に形成した基板接続用電極端子と、前記支持基板の一方の主面に形成された発振器搭載パッド上とが電気的且つ機械的に接続されており、前記支持基板に前記圧電発振器を配置した際に、前記圧電発振器配置領域外の前記支持基板の一方の主面には、前記容器体を介して、前記圧電振動素子と電気的に接続したモニタ用電極端子が設けられていることを特徴とする圧電発振器。 An element mounting pad is formed on the bottom surface of the concave space of the rectangular container body, and an integrated circuit element in which the piezoelectric vibration element and an electronic circuit network electrically connected to the piezoelectric vibration element are built in the element mounting pad is mounted. A rectangular lid that covers the opening of the recessed space is disposed on the top of the side wall of the container body, and the lid and the sealing conductor pattern provided on the top of the side wall are fixed, A piezoelectric oscillator configured at least in a form of hermetically sealing the piezoelectric vibration element and the integrated circuit element in the container body,
Under the outer bottom surface of the piezoelectric oscillator, a support substrate having a major surface area wider than the outer bottom surface area of the piezoelectric oscillator is disposed, and the substrate connection electrode terminal formed on the outer bottom surface of the piezoelectric oscillator, and the support An oscillator mounting pad formed on one main surface of the substrate is electrically and mechanically connected, and when the piezoelectric oscillator is arranged on the support substrate, the support substrate outside the piezoelectric oscillator arrangement region One main surface of the piezoelectric oscillator is provided with a monitor electrode terminal electrically connected to the piezoelectric vibration element through the container body.
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JP2011035547A (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-17 | Kyocera Kinseki Corp | Piezoelectric device |
JP2011035548A (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-17 | Kyocera Kinseki Corp | Piezoelectric device |
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