JP2009246781A - Method of manufacturing piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器等に用いられる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 used in an electronic apparatus or the like.
図6は、従来の圧電デバイスを示す断面図である。図7は、従来の圧電デバイスの製造方法である封止材層形成工程を示す外観斜視図である。
図6に示すように、従来の圧電デバイスの一例としては、圧電材として水晶を用いた水晶振動子200を示す。水晶振動子200は、凹部空間202を有する容器体201と水晶振動素子205と蓋体206とから主に構成されている。
容器体201は、基板部201aと枠部201bによって構成されている。前記容器体201に形成された凹部空間202内の基板部201aには、一対の水晶振動素子搭載用パッド203が設けられている。
この水晶振動素子搭載パッド203上には、導電性接着剤204を介して電気的に接続される一対の励振用電極を表裏主面に有した水晶振動素子205が搭載されている。
この水晶振動素子205を囲繞する容器体201の枠部201bの頂面には、封止材層208が設けられている。
この封止材層208に金属製の蓋体206を被せ、封止材層208と蓋体206とを接合することにより気密封止されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional piezoelectric device. FIG. 7 is an external perspective view showing a sealing material layer forming step which is a conventional method for manufacturing a piezoelectric device.
As shown in FIG. 6, as an example of a conventional piezoelectric device, a
The
On the crystal vibration
A sealing
The sealing
また、圧電デバイスの製造方法としては、図7に示すように、リング形態の封止部材209を、容器体201の枠部201bの開口側頂面に設けられた封止用導体パターン207上に配置させ、配置された封止部材209を溶融させることで、封止用導体パターン207上に濡れ広がり、封止材層208を形成する圧電デバイスの製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来の圧電デバイス200の製造方法においては、板状の封止部材209をリング形態に打ち抜き、そのリング形態の封止部材209を容器体201の枠部201bの封止用導体パターン207上に配置し溶融することで、封止材層208が形成されているが、リング形態の封止部材209を枠部201bの封止用導体パターン207上に配置して、溶融する際に、リング形態の封止部材209が位置ずれを起こしてしまうといった課題があった。
このように、封止部材209が位置ずれを起こすことにより、封止材層208も位置がずれたまま形成されるので、封止用導体パターン上に封止材層208がない、または非常に少ない箇所ができてしまい、気密封止することができないといった課題もあった。
However, in the conventional method for manufacturing the
As described above, since the sealing
また、リング状の封止部材209は薄く、中央が打ち抜かれていることにより、リング状の封止部材209を容器体201の枠部201bの封止用導体パターン207に配置する際に、配置するためのノズルやパッケージ等に接触することで破損しやすいため、生産性が低下してしまうといった課題もあった。
Further, since the ring-
そこで、本発明は前記課題に鑑みてなされたもので、封止材層を形成する際に位置ずれを起こすことなく、圧電デバイスの生産性を向上させる圧電デバイスの製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a piezoelectric device that improves the productivity of the piezoelectric device without causing displacement when forming a sealing material layer. And
本発明の圧電デバイスの製造方法は、枠部と基板部とにより形成される凹部空間を有し、その凹部空間内に圧電振動素子搭載パッドが設けられた容器体に、圧電振動素子を搭載して、蓋体で前記凹部空間内を気密封止した圧電デバイスの製造方法であって、枠部の少なくとも1つの隅に窪み部を形成する窪み部形成工程と、窪み部に封止部材を配置する封止部材配置工程と、封止部材を溶融し、容器体の枠部の開口側頂面に設けられた封止用導体パターンに封止材層を形成する封止材層形成工程とを有することを特徴とするものである。 The method for manufacturing a piezoelectric device of the present invention includes mounting a piezoelectric vibration element in a container body having a recessed space formed by a frame portion and a substrate portion, and a piezoelectric vibration element mounting pad provided in the recessed space. A method of manufacturing a piezoelectric device in which the inside of the recessed space is hermetically sealed with a lid, wherein a recessed portion forming step for forming a recessed portion in at least one corner of the frame portion, and a sealing member is disposed in the recessed portion And a sealing material layer forming step of melting the sealing member and forming a sealing material layer on the sealing conductor pattern provided on the opening side top surface of the frame portion of the container body. It is characterized by having.
また、窪み部は、枠部の隅に対角に位置するように形成されていることを特徴とするものである。 Further, the recess is formed so as to be located diagonally at the corner of the frame.
本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、枠部の少なくとも1つの隅に窪み部を形成する窪み部形成工程と、窪み部に封止部材を配置する封止部材配置工程を有することによって、封止部材が窪み部に嵌め込んだ状態になるので、封止部材が溶融する際に位置ずれすることを防止することができる。
また、封止部材が窪み部に配置され、封止部材が位置ずれしない状態で熱を印加することにより、封止用導体パターン上に封止部材が濡れ広がっていき、封止材層が形成されることになるので、封止材層も位置ずれを起こさずに形成することができる。
According to the method for manufacturing a piezoelectric device of the present invention, by having a hollow portion forming step of forming a hollow portion in at least one corner of the frame portion, and a sealing member arrangement step of arranging a sealing member in the hollow portion, Since the sealing member is fitted in the recess, it is possible to prevent displacement of the sealing member when the sealing member melts.
In addition, the sealing member is disposed in the depression, and heat is applied in a state where the sealing member is not displaced, so that the sealing member wets and spreads on the conductor pattern for sealing, and a sealing material layer is formed. Therefore, the sealing material layer can also be formed without causing a positional shift.
また、封止部材を薄いリング形態に打ち抜く必要がないため、封止部材を容器体の枠部の窪み部に配置する際に、配置するためのノズルやパッケージ等に接触しても破損することを防止することができるので、圧電デバイスの生産性を向上させることが可能となる。 In addition, since it is not necessary to punch the sealing member into a thin ring shape, when the sealing member is disposed in the hollow portion of the frame portion of the container body, it may be damaged even if it comes into contact with the nozzle or package for placement. Therefore, productivity of the piezoelectric device can be improved.
また、窪み部は、枠部の隅に対角に位置するように形成されていることにより、封止部材を前記窪み部に配置して溶融した際に、封止材層を均一な厚みで形成することができる。 Further, since the recess is formed so as to be diagonally located at the corner of the frame portion, when the sealing member is disposed in the recess and melted, the sealing material layer is formed with a uniform thickness. Can be formed.
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、圧電振動素子に水晶を用いた場合について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを示す外観斜視図である。図2は、図1のA−A断面図である。図3は図1のB−B断面図である。
以下、圧電デバイスの一例である水晶振動子について説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. A case where quartz is used for the piezoelectric vibration element will be described.
FIG. 1 is an external perspective view showing a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
Hereinafter, a crystal resonator which is an example of a piezoelectric device will be described.
図1〜図3に示す水晶振動子100は、容器体10と水晶振動素子20と蓋体30とで主に構成されている。この水晶振動子100は、概略的には、前記容器体10の一方の主面に形成されている凹部空間11内に、水晶振動素子20が搭載され、前記容器体10の封止用導体パターン12上に設けられた封止材層16と蓋体30が接合されている構造となっている。
A
水晶振動素子20は、図1及び図2に示すように、水晶素板21に励振用電極22を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極22を介して水晶素板21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。
水晶素板21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された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極22は、前記水晶素板21の表裏両主面に被着・形成したものである。このような水晶振動素子20は、その両主面に被着されている励振用電極22と凹部空間11内底面に形成されている圧電振動素子搭載パッド13とを、導電性接着剤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に搭載される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
The
容器体10は、基板部10aと前記基板部10aの一方の主面に設けられた枠部10b、10cによって構成されている。
例えば、容器体10は、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なる基板部10a、枠部10b、10cを複数積層することよって形成されている。
図2に示すように、基板部10aの一方の主面と枠部10b、10cによって凹部空間11が形成されており、枠部10bと枠部10cによって窪み部15(図4参照)が形成されている。
この容器体10の凹部空間11を囲繞する枠部10cの開口側頂面の全周及び窪み部15の内部に封止用導体パターン12が形成されている。
つまり、枠部10cの開口側頂面と、枠部10bと枠部10cによって形成された窪み部15内に封止用導体パターン12が形成されている。従って、封止材層16は、この封止用導体パターン12の表面に形成されている。
また、窪み部15内にも、封止材層16が形成されている状態となっている。
凹部空間11内の基板部10aには、圧電振動素子搭載パッド13が設けられている。
容器体10を構成する基板部10aの他方の主面の4隅には、外部接続用電極端子14が設けられている。
圧電振動素子搭載パッド13と外部接続用電極端子14は、容器体10の凹部空間11内に基板部10aに形成された配線パターン(図示せず)と、基板部10aの内部に形成されたビア導体(図示せず)により接続されている。
The
For example, the
As shown in FIG. 2, a
A
That is, the
In addition, the sealing
A piezoelectric vibration
External
The piezoelectric vibration
窪み部15は、窪み部15の底面となる枠部10bと、枠部10bに重ねて配置され、窪み部15の側面となる枠部10cによって形成され、容器体10の隅に少なくとも1つ設けられている。
この窪み部15は、後述する封止部材50が配置された際に位置ずれをしないために形成されている。封止部材50に熱を印加することで、封止用導体パターン12上に封止部材50が濡れ広がり、封止材層17が封止用導体パターン12上に形成される。
The
The
封止用導体パターン12は、容器体10の枠部10cの開口側頂面の全周及び窪み部15の内面に形成されている。
この封止用導体パターン12は、後述する封止部材50の濡れ性を良好にして、封止用導体パターン12上に封止材層16を形成するためのものである。
また、前記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、凹部空間11を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いる。
The
This sealing
The sealing
この封止部材50は、窪み部15に配置できるような形状になっており、金錫(Au−Sn)等のロウ材を打ち抜くことで形成されている。
例えば、金錫ロウ材(Au−Sn)の成分比率が、金が80%、錫が20%のものが使用されている。
この封止部材50の形状は、前記窪み部15の形状に合わせたものであり、円柱状、四角柱状であっても構わない。
また、封止部材50は、窪み部15の深さよりも長く形成されている。つまり、封止部材50が溶融され、封止用導体パターン12上に濡れ広がる分の量を突出して設けられている。
The sealing
For example, the component ratio of gold tin brazing material (Au—Sn) is 80% gold and 20% tin.
The shape of the sealing
Further, the sealing
封止材層16は、前記封止部材50に熱を印加することで、封止用導体パターン12に沿って形成されている。封止材層16の厚みは、10μm〜40μmである。
この封止材層16は、後述する蓋体30と接合し、凹部空間11内を気密封止するためのものである。
The sealing
This sealing
励振用電極21と接続される圧電振動素子搭載パッド13と外部接続用電極端子14の内の所定の端子とは、前記容器体10の凹部空間11内の基板部10aに形成された部分を有する配線パターン(図示せず)と基板部10aの内部に形成されたビア導体(図示せず)により接続されている。
The piezoelectric vibration
前記導電性接着剤40は、シリコーン樹脂やエポキシ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)、のうちのいずれか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 or an epoxy resin. Examples of the conductive powder include aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W), and platinum. A material including any one of (Pt), palladium (Pd), silver (Ag), titanium (Ti), nickel (Ni), nickel iron (NiFe), or a combination thereof is used.
蓋体30は、容器体10の枠部10bの開口部側頂面に設けられている封止材層16に接合される。
この蓋体30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整形することによって製作される。蓋体30の表面には、ニッケル(Ni)層が形成される。
The
The
次に本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法について図4を用いて説明する。
ここで、図4(a)は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法の窪み部形成工程を示す斜視図であり、図4(b)は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法の封止部材配置工程を示す斜視図であり、図4(c)は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法の封止材層形成工程を示す斜視図である。
Next, a method for manufacturing a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, FIG. 4A is a perspective view showing a recess forming step of the method for manufacturing a piezoelectric device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a piezoelectric device according to the embodiment of the present invention. FIG. 4C is a perspective view showing a sealing material layer forming step of the piezoelectric device manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
(窪み部形成工程)
図4(a)に示すように、窪み部形成工程は、容器体10の形成時に、容器体10に窪み部15を形成する工程である。
容器体10は、以下のように形成される。基板部10a、枠部10b、10cがアルミナセラミックスからなる場合は、それぞれ形成するためのシートを形成し、基板部10aとなるシートに封止用導体パターン12、圧電振動素子搭載パッド13、外部接続用電極端子14等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し、セラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め設けた貫通孔内にビア導体となる導体ペーストを塗布する。
次に、枠部10bとなるシートを形成する。そして枠部10cとなるシートを形成する。この枠部10cのシートには、窪み部15となる穴を設けておく。
これらを基板部10aの上に枠部10bを重ね、枠部10bの上に枠部10cを重ねてプレス成形した後、高温で焼成することで容器体10となるシートが製作される。
また、窪み部15は、円柱状、四角柱状に形成されている。
容器体10の枠部10cの開口側頂面及び窪み部15には、封止用導体パターン12が設けられている。
(Indentation forming step)
As shown in FIG. 4A, the hollow portion forming step is a step of forming the
The
Next, a sheet to be the
These are stacked with the
Moreover, the
A sealing
(封止部材配置工程)
図4(b)封止部材配置工程は、容器体10の枠部10cに形成されている窪み部15内に封止部材50を配置する工程である。
封止部材50は、窪み部15の形状である円柱状、四角柱状等に合わせた断面形状になっており、窪み部15の深さよりも長く形成されているので、封止用導体パターン12よりも突出して設けられている。つまり、封止部材50は、封止用導体パターン12上に濡れ広がる分の量を突出して設けられている。
(Sealing member placement process)
FIG. 4B is a process of arranging the sealing
The sealing
(封止材層形成工程)
封止材層形成工程は、封止部材50を溶融し、容器体10の枠部10cの開口側頂面に設けられた封止用導体パターン12上に封止材層16を形成する工程である。
窪み部15に配置された封止部材50に熱を印加することによって、封止部材50を溶融し、封止用導体パターン12上に封止材層16が形成される。
つまり、封止用導体パターン12よりも突出した封止部材50は、280℃〜300℃の熱で溶融する、封止用導体パターン12上に広がり、封止用導体パターン12全面に封止材層16となる。
前記容器体10に280℃〜300℃の熱を印加後、冷却することによって封止材層16が形成されることになる。その際の封止材層16の厚みは、10μm〜20μmになる。
(Encapsulant layer forming process)
The sealing material layer forming step is a step of melting the sealing
By applying heat to the sealing
That is, the sealing
The
(水晶振動素子搭載工程)
容器体10の凹部空間11内の基板部10aには2個一対の圧電振動素子搭載パッド13が設けられており、前記圧電振動素子搭載パッド13に導電性接着剤40を塗布する。
圧電振動素子20の両主面に被着されている励振用電極22と凹部空間11内底面に形成されている圧電振動素子搭載パッド13とを、導電性接着剤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に搭載される。
(Quartz crystal element mounting process)
Two pairs of piezoelectric vibration
The
(蓋体接合工程)
蓋体30を容器体10の凹部空間11の開口部を覆うように封止材層16上に載置し、 容器体10の封止材層16を溶融することで、蓋体30を容器体10の封止材層16に接合する。これにより圧電デバイスとしての水晶振動子を得る。
例えば、加熱手段としては、キセノンランプやハロゲンランプ等の熱源を照射することによって、前記蓋体30が容器体10の封止材層16に接合する。
このときの加熱温度は、300℃〜320℃となっており、封止材層16を形成する際の温度よりも高い温度設定となっている。
(Cover body joining process)
The
For example, as a heating unit, the
The heating temperature at this time is 300 ° C. to 320 ° C., which is higher than the temperature at which the sealing
本発明の圧電デバイスの製造方法によれば、枠部の少なくとも1つの隅に窪み部15を形成する窪み部形成工程と、窪み部15に封止部材50を配置する封止部材配置工程を有することによって、封止部材50が窪み部15に配置した状態になるので、封止部材50が位置ずれすることを防止することができる。
また、封止部材50が窪み部15に配置され、封止部材が位置ずれしない状態で熱を印加することにより、封止用導体パターン12沿って封止部材50が均一に濡れ広がっていき、封止材層16が形成されることになるので、封止材層16も位置ずれを起こさずに形成することができる。
また、封止部材50を窪み部15に合わせた形状に打ち抜くことになるので、リング形態に打ち抜く必要がなく、封止部材50が破損することを防止することができるので、圧電デバイスの生産性を向上させることが可能となる。
また、窪み部15は、枠部10cの隅に対角に位置するように形成されていることにより、封止部材50を前記窪み部15に配置して溶融した際に、封止材層16を均一な厚みで形成することができる。
According to the method for manufacturing a piezoelectric device of the present invention, there is a recess forming step for forming the
Further, the sealing
In addition, since the sealing
Further, the
尚、本発明は前記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、前記した本実施形態では、圧電振動素子20を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。
In addition, this invention is not limited to the said 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, the case where crystal is used as the piezoelectric material constituting the
(変形例)
図5(a)は、本発明の他の実施形態に係る圧電デバイスの容器体の変形例を示す外観斜視図である。図5(b)は、本発明の他の実施形態に係る圧電デバイスの容器体の変形例を示す外観斜視図である。図5(c)は、本発明の他の実施形態に係る圧電デバイスの容器体の変形例を示す外観斜視図である。
図5(a)に示すように、容器体10は、窪み部15を4隅のうちの1つに設けた構造としても良い。
図5(b)に示すように、容器体10は、窪み部15を4隅のうちの3つに設けた構造としても良い。
図5(c)に示すように、容器体10は、窪み部15を4隅のうちの4つに設けた構造としても良い。
このように図5(a)〜図5(c)に示すようにしても、実施形態と同様の効果を奏する。
(Modification)
Fig.5 (a) is an external appearance perspective view which shows the modification of the container body of the piezoelectric device which concerns on other embodiment of this invention. FIG.5 (b) is an external appearance perspective view which shows the modification of the container body of the piezoelectric device which concerns on other embodiment of this invention. FIG.5 (c) is an external appearance perspective view which shows the modification of the container body of the piezoelectric device which concerns on other embodiment of this invention.
As shown to Fig.5 (a), the
As shown in FIG. 5B, the
As shown in FIG. 5C, the
Thus, even if it shows to Fig.5 (a)-FIG.5 (c), there exists an effect similar to embodiment.
また、上述した実施形態においては、圧電デバイスの1つである水晶振動子を例に説明したが、これに代えて、容器体10の凹部空間11内に、圧電振動素子20と、この圧電振動素子20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、又は、容器体10に別個の凹部空間11を形成し、その凹部空間11内に圧電振動素子20と集積回路素子を別個搭載した形態の圧電発振器や、内部に搭載する圧電振動素子20をフィルタとして機能させた圧電フィルタ等の、他の圧電デバイスにおいても本発明は適用可能である。
Further, in the above-described embodiment, the crystal resonator which is one of the piezoelectric devices has been described as an example, but instead of this, the
10・・・容器体
10a・・・基板部
10b、10c・・・枠部
11・・・凹部空間
12・・・封止用導体パターン
13・・・圧電振動素子搭載パッド
14・・・外部接続用電極端子
15・・・窪み部
16・・・封止材層
20・・・圧電振動素子(水晶振動素子)
21・・・水晶素板
22・・・励振用電極
30・・・蓋体
40・・・導電性接着剤
50・・・封止部材
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記枠部に窪み部を形成する窪み部形成工程と、
前記窪み部に封止部材を配置する封止部材配置工程と、
前記封止部材を溶融し、容器体の枠部の開口側頂面に設けられた封止用導体パターンに封止材層を形成する封止材層形成工程と、を有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 A piezoelectric vibration element is mounted on a container body having a recessed space formed by a frame portion and a substrate portion, and a piezoelectric vibration element mounting pad is provided in the recessed space, and the inside of the recessed space is covered with a lid. A method of manufacturing a hermetically sealed piezoelectric device comprising:
A recess forming step for forming a recess in the frame; and
A sealing member arrangement step of arranging a sealing member in the recess,
A sealing material layer forming step of melting the sealing member and forming a sealing material layer on the sealing conductor pattern provided on the opening side top surface of the frame portion of the container body. A method for manufacturing a piezoelectric device.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014049562A (en) * | 2012-08-30 | 2014-03-17 | Kyocera Corp | Package for housing electronic element, and electronic device |
-
2008
- 2008-03-31 JP JP2008092462A patent/JP2009246781A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014049562A (en) * | 2012-08-30 | 2014-03-17 | Kyocera Corp | Package for housing electronic element, and electronic device |
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