JP2010056842A - Piezoelectric device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法に係り、特に回路基板と圧電振動子とを厚さ方向に重ねて配置するタイプの圧電デバイス、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric device and a manufacturing method of the piezoelectric device, and more particularly to a piezoelectric device of a type in which a circuit board and a piezoelectric vibrator are arranged in a thickness direction and a manufacturing method thereof.
発振回路と圧電振動子とをその厚み方向へ重ねて配置する圧電デバイスとして、例えば特許文献1に開示されているようなものが知られている。特許文献1に開示されている圧電デバイスは、図12に示すように、IC4を搭載した回路基板3を樹脂シート7で覆い、回路基板3上の内部端子5の上面に配された樹脂シート7にレーザを照射し、漏斗状の貫通孔8を形成している。貫通孔8には導電性部材6を充填して固化し、充填固化させた導電性部材6の上部に接続用導体6aを塗布して圧電振動子9を接合している。
As a piezoelectric device in which an oscillation circuit and a piezoelectric vibrator are arranged so as to overlap each other in the thickness direction, for example, a device disclosed in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 12, the piezoelectric device disclosed in Patent Document 1 covers a
このような構成上の特徴を有することで、発振回路と圧電振動子とを厚み方向へ重ねて配置するいわゆる2階建て構造型の圧電デバイスにおいて、小型化薄型化の要請によるアンダーフィルレス、あるいはキャビティレス化に適し、製造工程の簡略化を実現することができる。
上記のような構成の圧電デバイスは、2階建て構造の圧電デバイスを小型化薄型化する上で、確かに有効な構成であると言える。しかし現在圧電デバイスの分野では、デバイスのさらなる小型化薄型化に加え、多機能、高機能化に伴う高集積化が進んでいる。 It can be said that the piezoelectric device having the above-described configuration is certainly an effective configuration in reducing the size and thickness of a two-story piezoelectric device. However, in the field of piezoelectric devices, in addition to further miniaturization and thinning of devices, higher integration is progressing along with multi-functionality and high functionality.
このような現状の圧電デバイスでは、樹脂シートを貫通する導電性部材と、回路基板に搭載された電子部品や当該電子部品と回路基板上に配されたパターンとを接続する金属ワイヤ等との間のクリアランスを十分に保つことが出来なくなることがある。このように、導電性部材間のクリアランスが不十分となった場合、特性の劣化や歩留りの低下を招くこととなる。 In such a current piezoelectric device, between the conductive member that penetrates the resin sheet, the electronic component mounted on the circuit board, the metal wire that connects the electronic component and the pattern arranged on the circuit board, etc. It may not be possible to maintain sufficient clearance. As described above, when the clearance between the conductive members is insufficient, the characteristics are deteriorated and the yield is reduced.
樹脂層を貫通する導電性部材と回路基板上あるいは樹脂層内に配された電子部品、配線パターン、および金属ワイヤ等との間のクリアランスを十分に保つには、樹脂層を貫通する導電性部材の占有面積を減らせば良いと考えられる。しかしこの場合、圧電振動子と導電性部材との接合面も小さくなるため、圧電振動子と回路基板との電気的機械的な接合強度が低下し、デバイスとしての信頼性の低下を招くこととなる。 In order to maintain sufficient clearance between the conductive member penetrating the resin layer and the electronic component, wiring pattern, metal wire, etc. disposed on the circuit board or in the resin layer, the conductive member penetrating the resin layer It can be considered that the occupation area of the area should be reduced. However, in this case, since the bonding surface between the piezoelectric vibrator and the conductive member is also reduced, the electromechanical bonding strength between the piezoelectric vibrator and the circuit board is lowered, leading to a decrease in reliability as a device. Become.
そこで本発明では、上記のような問題点を鑑み、2階建て構造の圧電デバイスにおいて、樹脂層を貫通する導電性部材と、回路基板上あるいは樹脂層内に配された電子部品、配線パターン、および金属ワイヤ等との間のクリアランスを十分に保つことができ、かつ圧電振動子と回路基板との電気的機械的接続性も良好とすることのできる圧電デバイス、および圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, in view of the above-described problems, in a piezoelectric device having a two-story structure, a conductive member penetrating the resin layer, an electronic component disposed on the circuit board or in the resin layer, a wiring pattern, A piezoelectric device that can maintain a sufficient clearance between the piezoelectric vibrator and the circuit board, and that can provide good electrical and mechanical connectivity between the piezoelectric vibrator and the circuit board, and a method for manufacturing the piezoelectric device are provided. The purpose is to do.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1] 回路基板に電子部品と圧電振動子とを積層配置する圧電デバイスであって、前記電子部品は、前記回路基板の一方の面に搭載され、前記回路基板の前記一方の面上に前記電子部品を覆う樹脂部が形成され、前記樹脂部は、その表面に形成された凹部と、前記凹部の底面から前記回路基板の前記一方の面へ貫通するスルーホールとが形成され、前記スルーホール及び前記凹部に充填された導電性部材により前記回路基板の前記一方の面に形成された内部端子と前記圧電振動子の裏面電極とを電気的に接続したことを特徴とする圧電デバイス。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
Application Example 1 A piezoelectric device in which an electronic component and a piezoelectric vibrator are stacked on a circuit board, and the electronic component is mounted on one side of the circuit board and is on the one side of the circuit board A resin portion covering the electronic component is formed, and the resin portion is formed with a recess formed on a surface thereof and a through hole penetrating from the bottom surface of the recess to the one surface of the circuit board, A piezoelectric device characterized in that an internal terminal formed on the one surface of the circuit board and a back electrode of the piezoelectric vibrator are electrically connected by a through hole and a conductive member filled in the recess.
このような構成とすることで、樹脂部を貫通する導電性部材と、回路基板上あるいは樹脂部内に配された電子部品、配線パターン、および金属ワイヤ等との間には、十分なクリアランスを保つことができる。また、回路基板上の電子部品搭載可能面積を増やすこともできる。さらに、圧電振動子と回路基板との電気的機械的接続性も向上させることができる。 With such a configuration, a sufficient clearance is maintained between the conductive member penetrating the resin portion and the electronic component, wiring pattern, metal wire, or the like disposed on the circuit board or in the resin portion. be able to. Also, the area where electronic components can be mounted on the circuit board can be increased. Furthermore, the electromechanical connectivity between the piezoelectric vibrator and the circuit board can also be improved.
[適用例2]適用例1に記載の圧電デバイスであって、前記凹部は、平面視して前記圧電振動子の前記裏面電極に相似な外形を有することを特徴とする圧電デバイス。
凹部の形態を上記のようにすることで、裏面電極と凹部内に充填された導電性部材との接続面積を有効に増やすことができる。
[Application Example 2] The piezoelectric device according to Application Example 1, wherein the concave portion has an external shape similar to the back electrode of the piezoelectric vibrator in plan view.
By making the form of the recess as described above, the connection area between the back electrode and the conductive member filled in the recess can be effectively increased.
[適用例3]適用例1に記載の圧電デバイスであって、前記凹部は、平面視して前記圧電振動子に設けられた複数の裏面電極の外側に位置する辺を結んで形成される多角形に相似な外形を有する1つの凹部であることを特徴とする圧電デバイス。
凹部の形態を上記のようにすることで、裏面電極の形状に依存せずに、裏面電極と回路基板上の内部端子との接続面積を有効に増やすことができる。
Application Example 3 In the piezoelectric device according to Application Example 1, the concave portion is formed by connecting sides located outside the plurality of back surface electrodes provided on the piezoelectric vibrator in plan view. A piezoelectric device characterized in that it is one concave portion having an external shape similar to a square.
By making the shape of the recess as described above, the connection area between the back electrode and the internal terminal on the circuit board can be effectively increased without depending on the shape of the back electrode.
[適用例4]適用例2または適用例3に記載の圧電デバイスであって、前記凹部を前記裏面電極の面積または前記多角形の面積よりも広くしたことを特徴とする圧電デバイス。 [Application Example 4] A piezoelectric device according to Application Example 2 or Application Example 3, wherein the concave portion is made wider than the area of the back electrode or the area of the polygon.
このような構成とすることで、凹部内に裏面電極が嵌り込むこととなる。このため、圧電振動子を接合する際、セルフアライメント効果を期待することができるようになる。 By setting it as such a structure, a back surface electrode will fit in a recessed part. For this reason, a self-alignment effect can be expected when the piezoelectric vibrator is bonded.
[適用例5]適用例1乃至適用例4のいずれかに記載の圧電デバイスであって、前記導電性部材は、導電性を有する第1部材と当該第1部材を被覆する導電性を有する第2部とから成り、前記第1部材には前記第2部材よりも融点の高い部材を採用し、前記内部端子から前記凹部底面までの高さをd、前記内部端子から前記凹部開口部までの高さをD、前記第1部材の高さAを、
の範囲で定めたことを特徴とする圧電デバイス。
Application Example 5 In the piezoelectric device according to any one of Application Examples 1 to 4, the conductive member includes a first member having conductivity and a conductive first member that covers the first member. The first member employs a member having a melting point higher than that of the second member, the height from the internal terminal to the bottom surface of the recess is d, and from the internal terminal to the recess opening. Height D, height A of the first member,
Piezoelectric device characterized in that it is defined in the range.
このような構成とすることで、第1部材により圧電振動子の極端な沈み込みを防止し、第2部材により圧電振動子の接合状態を固定することができる。このため、量産される圧電デバイスの高さ寸法を安定して均一化させることができる。 With such a configuration, it is possible to prevent the piezoelectric vibrator from sinking extremely by the first member and to fix the bonded state of the piezoelectric vibrator by the second member. For this reason, the height dimension of the mass-produced piezoelectric device can be made uniform stably.
[適用例6]適用例1乃至適用例5のいずれかに記載の圧電デバイスであって、前記凹部の底面に、前記スルーホールの上端部に向けた傾斜を設けたことを特徴とする圧電デバイス。 [Application Example 6] The piezoelectric device according to any one of Application Example 1 to Application Example 5, wherein the bottom surface of the concave portion is provided with an inclination toward the upper end portion of the through hole. .
このような構成とすることで、圧電振動子接合用の導電性部材を追加(上塗布)する場合であっても、凹部から導電性部材が溢れ出すことを防止することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to prevent the conductive member from overflowing from the recess even when a conductive member for joining the piezoelectric vibrator is added (overcoated).
[適用例7]電子部品を搭載した回路基板の上部に圧電振動子を積層配置する圧電デバイスの製造方法であって、回路基板上に電子部品を搭載する電子部品搭載工程と、回路基板上に搭載された電子部品を樹脂で覆うモールド工程と、電子部品をモールドされた回路基板に前記圧電振動子を搭載する振動子搭載工程とを有し、前記モールド工程では、前記回路基板の主面に設けられた内部端子の表面に当接させるピンと、当該ピンの基端側に設けられた前記ピンよりも断面積を大きく定められた段差部とを有する金型を用い、前記ピンを前記内部端子に当接させた状態で前記金型に樹脂を流し込み、前記内部端子上部にスルーホールおよび前記スルーホールよりも開口面積の広い凹部を形成し、前記振動子搭載工程では、前記スルーホール及び前記凹部に導電性部材を充填し、当該導電性部材を溶融、固化させることで前記回路基板と前記圧電振動子との電気的、機械的接続を図ることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 Application Example 7 A method of manufacturing a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrator is stacked on a circuit board on which electronic components are mounted, the electronic component mounting process for mounting electronic components on the circuit board, and the circuit board A molding step of covering the mounted electronic component with a resin; and a vibrator mounting step of mounting the piezoelectric vibrator on a circuit board molded with the electronic component. In the molding step, the main surface of the circuit board is provided. Using a mold having a pin that makes contact with the surface of the provided internal terminal and a stepped portion having a cross-sectional area larger than that of the pin provided on the base end side of the pin, the pin is connected to the internal terminal The resin is poured into the mold in contact with the mold, and a through hole and a recess having a larger opening area than the through hole are formed on the internal terminal. In the vibrator mounting step, the through hole and The recess filled with a conductive member, melting the conductive member, electrically with the circuit board and the piezoelectric vibrator by solidifying method of a piezoelectric device, characterized in that to achieve a mechanical connection.
このような方法により圧電デバイスを製造することによれば、従来より用いられているトランスファーモールド法を用い、工程数を増加させることなく、上記のような特徴を持った圧電デバイスを製造することが可能となる。 By manufacturing a piezoelectric device by such a method, it is possible to manufacture a piezoelectric device having the above-described characteristics without increasing the number of steps by using a transfer mold method that has been conventionally used. It becomes possible.
[適用例8]適用例7に記載の圧電デバイスの製造方法において、前記導電性部材として、第1部材と、前記第1部材を被覆し前記第1部材よりも融点の低い第2部材とから成る導電性部材を採用したことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
導電性部材として上記のような構成のものを採用することにより、圧電デバイスの高さ寸法を均一化させることが容易となる。
Application Example 8 In the method for manufacturing a piezoelectric device according to Application Example 7, the conductive member includes a first member and a second member that covers the first member and has a lower melting point than the first member. A method for manufacturing a piezoelectric device, characterized by employing a conductive member.
By adopting the conductive member having the above structure, it becomes easy to make the height dimension of the piezoelectric device uniform.
以下、本発明の圧電デバイス、および圧電デバイスの製造方法に係る実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図1を参照して本発明の圧電デバイスに係る第1の実施形態について説明する。なお、図1において、図1(A)は圧電デバイスの概略断面図であり、図1(B)は圧電デバイスにおける発振回路部の平面図である。
Hereinafter, embodiments of a piezoelectric device and a manufacturing method of the piezoelectric device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a first embodiment according to the piezoelectric device of the present invention will be described with reference to FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a piezoelectric device, and FIG. 1B is a plan view of an oscillation circuit portion in the piezoelectric device.
本実施形態に係る圧電デバイス10は、圧電発振器であり、発振回路部20と、その上部(厚み方向上側)に接合された圧電振動子40とから成る。
発振回路部20は、回路基板22と、当該回路基板22の一方の主面に搭載された電子部品(本実施形態の場合はIC34)、及び樹脂部39を有する。
The
The
回路基板22は、ポリイミド等の樹脂基板、あるいはセラミック等により構成された絶縁基板であると良く、詳細を後述する圧電振動子40に対向する一方の主面には、内部端子24を含む電極パターン(全体は不図示)が形成されている。また、他方の主面には、圧電デバイス(本実施形態の場合は圧電発振器)10を他の基板等へ実装するための実装用電極26が形成されている。なお、前述した内部端子24や実装用電極26はもっぱら、Au(金)やCu(銅)により構成されている。
The
電子部品としては、発振回路を構成したIC34の他、必要な抵抗やコンデンサ等を含む(本実施形態の場合はIC34のみを図面に表示)。本実施形態の場合、IC34は、回路基板22に対して裏面側を対向させた状態で、接着剤36を用いて接合された後、能動面における端子(不図示)と回路基板22の一方の主面に配された内部端子24とを金属ワイヤ32を用いてボンディング(ワイヤボンディング)している。ここで、回路基板22に対して能動面を対向させ、金属バンプ等を用いて実装する、いわゆるフリップチップボンディングを採用した場合であっても、本実施形態に係る圧電デバイス10を製造する上での支障は無い。
The electronic components include necessary resistors, capacitors and the like in addition to the
樹脂部39は、上述したIC34等の電子部品や電極パターン等が外気、特に湿気等の影響を受けることを避けることができる樹脂を選択することが望ましい。具体的には、エポキシ系樹脂等を挙げることができる。
As the
樹脂部39には、詳細を後述する圧電振動子40の裏面電極44と電気的に接続される内部端子24の上部に、凹部30が形成されている。そして、凹部30の底面(凹部底面31)には、内部端子24へ貫通するスルーホール28が設けられている。これを換言すると、スルーホール28の上端開口部に、スルーホール28の開口部よりも大きな開口面積を有する凹部30が形成されているということができる。凹部30の形状は、平面視して、詳細を後述する圧電振動子40の裏面電極44と相似な外形とすると良く、本実施形態の場合は、裏面電極44よりも大きな面積を有するようにしている。このような構成とすることにより、凹部30に裏面電極44を嵌め込むことが可能となり、セルフアライメント効果を奏することができる。このため、発振回路部20と圧電振動子40とを接合する導電性部材38がリフロー工程等において溶融した場合でも、発振回路部20に対する圧電振動子40の搭載位置のズレを抑えることが可能となる。また、このような構成とした場合、凹部30の下側に位置するスルーホール28は、内部端子24との電気的接続が可能であれば、その直径を出来るだけ小さくすることが望ましい。このような構成とすることで、回路基板22の一方の主面における電子部品搭載可能エリアを広くしつつ、圧電振動子40と発振回路部20との接続信頼性の向上も図ることが可能となるからである。
In the
圧電振動子40は、圧電振動片54と、当該圧電振動片54を封止するパッケージ53とから成る。圧電振動片54は、圧電素板と、圧電素板に形成された電極パターン(不図示)とより成る。圧電素板としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、及び圧電セラミック等、圧電効果を奏することのできる素材であれば良い。なお、本実施形態では、圧電素板として、動作温度範囲内での周波数変化の最大値の規格、いわゆる周波数温度特性が良好な水晶を採用することとする。
The
圧電素板に施す電極パターンとしては、励振電極と接続電極、および引出し電極を挙げることができる(いずれも不図示)。励振電極は、圧電効果を奏するための電圧を圧電素板に付与するための電極であり、圧電素板における励振領域の表裏面に形成される。接続電極は、詳細を後述するパッケージにおける内部端子に圧電振動片を実装し、内部端子との間で信号の授受を行う電極である。また、引出し電極は、前述した励振電極と接続電極とを電気的に接続する電極である。 Examples of the electrode pattern applied to the piezoelectric element plate include an excitation electrode, a connection electrode, and a lead electrode (all not shown). The excitation electrode is an electrode for applying a voltage for producing a piezoelectric effect to the piezoelectric element plate, and is formed on the front and back surfaces of the excitation region of the piezoelectric element plate. The connection electrode is an electrode that mounts a piezoelectric vibrating piece on an internal terminal of a package, the details of which will be described later, and exchanges signals with the internal terminal. The extraction electrode is an electrode that electrically connects the excitation electrode and the connection electrode described above.
パッケージ53は、本実施形態の場合、パッケージ基板42とシームリング48、及びリッド52とより成るいわゆるリングキャビティ構造のものを採用している。パッケージ基板42としては、絶縁部材であることが望ましく、具体的には、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを挙げることができる。パッケージ基板42の一方の主面には内部端子46が形成され、他方の主面には圧電振動子40を実装するための裏面電極44が形成されている。ここで、内部端子46や裏面電極44は、下地をW(タングステン)およびNi(ニッケル)メッキとし、表面にAu(金)メッキを施すことで構成することで定着性と導通性の双方を良好に保つことが可能であるが、これに限定するものでは無い。
In the present embodiment, the
シームリング48は、パッケージ基板42と熱膨張率が近似する物質により構成されることが望ましい。例えばパッケージ基板42をセラミックグリーンシートとした場合には、Fe(鉄)、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)を主成分として配合した合金であるコバールにより構成すると良い。このような構成とすることで、リフロー工程などの加熱工程において、パッケージ53に大きな反りが生ずる事や接合部が剥離する事、及びこれらによって生ずるパッケージ53の破損等を防止することができる。
The
リッド52は、上述したパッケージ基板42とシームリング48によって構成された枡状の箱体の開口部を封止する蓋である。このため、パッケージ53の反りや破損を防ぐためにも、その構成部材の熱膨張率は、パッケージ基板52やシームリング48に近似するものとすることが望ましい。よって、シームリング52をコバールとした場合には、リッド52の構成部材もコバールとしたり、ソーダガラス等とすることが良い。なお、リッド52をコバールにより構成した場合には、シームリング48を利用したシーム溶接によりリッド52の接合を行い、ソーダガラスを用いた場合には、低融点ガラスを用いて接合を行うことができる。
The
なお、図1に示す実施形態の場合、パッケージ基板42に配設した内部端子46に対して、導電性接着剤56等を用いて圧電振動片54を実装する際、実装の形態を片持ちとするように示しているが、圧電振動片54の形態、仕様によって実装の形態を異ならせた場合でも、圧電振動子40を構成する上で支障は無い。ここで、水晶を母材として用いた圧電振動片54は、そのカット角により振動の形態や特性が異なり、例えばATカット圧電振動片、BTカット圧電振動片、音叉型圧電振動片、弾性表面波素子片(SAW素子片)等種々の形態、仕様を挙げることができる。また、導電性接着剤56としては、エポキシ系、ポリイミド系等の比較的硬質な樹脂をバインダとした物や、シリコーン系の比較的軟質な樹脂をバインダとしたものなどが知られており、いずれも金属フィラー(導電性フィラー)を含有し、これを導電媒体としている。
In the case of the embodiment shown in FIG. 1, when the piezoelectric vibrating
上記のような構成の発振回路部20と圧電振動子40は、発振回路部20の樹脂部39におけるスルーホール28及び凹部30に、ハンダ等の導電性部材38を充填し、当該導電性部材38を溶融させて圧電振動子40を搭載することで両者を接合して圧電デバイス10が構成される。
In the
このような構成の圧電デバイス10によれば、圧電振動子40の裏面電極44が樹脂部39の凹部30に嵌り込んで接合されるため、接合面の面積を十分に確保することができ、電気的接続は勿論、機械的接続強度をも確保することができる。よって、発振回路部20と圧電振動子40との接続信頼性を向上させることができる。
According to the
また、圧電振動子40の裏面電極44が樹脂部39の凹部30に嵌り込むため、セルフアライメント効果を得ることができ、圧電振動子40の搭載精度を向上させることができる。
In addition, since the
さらに、回路基板22の内部端子24と圧電振動子40の裏面電極44とを結ぶ導電性部材38の配置部を直径の小さなスルーホール28と、スルーホール28の上端に開口面積の広い凹部30により形成したことで、回路基板22上の電子部品搭載可能面積を広くすることと、圧電振動子40の接続信頼性の向上とを両立させることが可能となった。
Furthermore, the arrangement part of the
上記のような構成の圧電デバイス10は、まず、回路基板22を製造し、回路基板22上にIC34を搭載する。IC34搭載後、ワイヤボンディングによりIC34の能動面に配設された端子と回路基板22の一方の主面に配設された内部端子24とを電気的に接続する(電子部品搭載工程)。
In the
次に、回路基板22上に搭載したIC34やIC34と回路基板22とを接続する金属ワイヤ32等を封止する樹脂部39を形成するモールド工程を行う。樹脂部39の形成方法の一例として、トランスファーモールド法を挙げることができる。具体的には、図2に示すように、金型78(上型70、下型76)を用いて封止を行う。金型78における上型70には、スルーホール28を形成するためのピン72が設けられ、ピン72の根元部分には、凹部30を形成するための段差部74が形成されている。
Next, a molding process for forming the
モールド工程ではまず、金型78にIC34を搭載した回路基板を配置し、金型78のポットに固形状の樹脂タブレット(例えばエポキシ系樹脂のタブレット)80をセットする(図2(A)参照)。金型78の温度を170〜180℃程度に上昇させて樹脂タブレット80を溶融させる。樹脂タブレット80が溶融した後、ポットにプランジャ90を挿入し、ポット内の樹脂に圧力をかけ、回路基板22を配置した金型内へと流し込む(図2(B)参照)。所定時間加圧し、樹脂が硬化した後に金型78を開き、樹脂部39が形成された発振回路部20が完成する。
In the molding process, first, a circuit board on which the
上述のようにして成される発振回路部20の製造と並行、あるいは前後して、圧電振動子40の製造を行う。パッケージ53に封止される圧電振動片54は、圧電素板の切り出し、研磨、外形形成、電極パターン形成といった工程を経る。圧電素板の切り出しは、定められたカット角に従ったダイシングにより成され、研磨はポリッシングマシンにより行われ、圧電素板の厚み等の調整がなされる。外形形成は、ダイシング、またはフォトリソグラフィにより形成したマスクを用いたエッチングなどを挙げることができる。また、電極パターンの形成も、フォトリソグラフィ技術を用いることができる。
The
パッケージベース50は、パッケージ基板42に対してスクリーン印刷等で電極パターンを形成し、これを焼成する。その後パッケージ基板42の一方の主面にシームリング48を接合することで構成される。
The
パッケージベース50の内底面に位置するパッケージ基板42の内部端子46に導電性接着剤56を塗布し、圧電振動片54を搭載する。
圧電振動片54を搭載した後、パッケージベース50の開口部、すなわちシームリング48の上側端部にリッド52を載せ、シーム溶接により封止する。
A
After mounting the piezoelectric vibrating
次に、上記のようにして製造した発振回路部20と圧電振動子40とを接合する振動子搭載工程を行う。まず、発振回路部20の樹脂部39に設けたスルーホール28及び凹部30に、ハンダ等の導電性部材38を充填する。その後、樹脂部39に設けた凹部30の上部に、圧電振動子40の裏面電極44が位置するように、圧電振動子40を配置して加熱し、スルーホール38及び凹部30に充填した導電性部材を溶融させ、圧電振動子40の裏面電極44を凹部30に嵌り込ませた上で導電性部材38を硬化させ、両者の接合を行う。
Next, a vibrator mounting step for joining the
このような圧電デバイスの製造方法によれば、従来より行われてきたトランスファーモールド法を用い、その工程数を増加させること無く、上述した圧電デバイス10を製造することが可能となる。
According to such a method for manufacturing a piezoelectric device, it is possible to manufacture the above-described
次に、本発明の圧電デバイスに係る第2の実施形態について、図3を参照して説明する。本実施形態に係る圧電デバイスの殆どの構成は、上述した第1の実施形態に係る圧電デバイスと同様である。よって、その機能を同一とする構成要素には、図面に100を足した符号を付して、詳細な説明を省略することとする。第1の実施形態に係る圧電デバイス10との相違点としては、発振回路部120の樹脂部139に設けた凹部130の開口面積よりも圧電振動子140の裏面電極144の面積を大きくしたという点である。このような構成とした場合、圧電振動子140を接合する際のセルフアライメント効果は期待することができないが、導電性部材138による発振回路部120と圧電振動子140との接合面積の向上、及びスルーホール128の効果による接続信頼性の向上と回路基板122の一主面における電子部品等の搭載可能面積の向上を図ることができる。このため、本発明に係る圧電デバイスの一部とみなすことができる。なお、圧電振動子140の裏面電極144の端部と凹部130の壁面とのクリアランスが0の場合も、本実施形態に含まれることとする。
Next, a second embodiment according to the piezoelectric device of the present invention will be described with reference to FIG. Most of the configuration of the piezoelectric device according to this embodiment is the same as that of the piezoelectric device according to the first embodiment described above. Therefore, components having the same function are denoted by reference numerals added with 100 in the drawings, and detailed description thereof is omitted. The difference from the
次に、本発明の圧電デバイスに係る第3の実施形態について、図4を参照して説明する。本実施形態に係る圧電デバイスも、その殆どの構成は、上述した第1、第2の実施形態に係る圧電デバイスと同様である。したがって、その機能を同一とする構成要素には、図1の符号に200を足した符号を付して、詳細な説明を省略することとする。なお、図4において、図4(A)は圧電デバイスの断面構成を示す図面であり、図4(B)は発振回路部の平面構成を示す図であり、図4(C)は圧電振動子の背面構成を示す図である。第1、第2の実施形態に係る圧電デバイス10,110との相違点としては、発振回路部220の樹脂部239に設けた凹部230の形状を挙げることができる。具体的には、第1、第2の実施形態に示した圧電デバイス10,110では、凹部30,130はスルーホール28,128毎に設けるように図面に示している(上述した実施形態ではいずれも4つの凹部30,130を設けている)。これに対し本実施形態に係る圧電デバイス210の凹部230は、圧電振動子240に設けられた複数の裏面電極224を平面視した場合における外側に位置する辺を結んで形成される多角形(実施形態の場合は矩形)225に相似な外形を有する1つの凹部230を、複数のスルーホール228で共有する構成としている。
Next, a third embodiment according to the piezoelectric device of the present invention will be described with reference to FIG. Most of the configuration of the piezoelectric device according to this embodiment is the same as that of the piezoelectric device according to the first and second embodiments described above. Therefore, components having the same function are denoted by reference numerals obtained by adding 200 to the reference numerals in FIG. 1 and detailed description thereof will be omitted. 4A is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the piezoelectric device, FIG. 4B is a diagram illustrating a planar configuration of the oscillation circuit unit, and FIG. 4C is a piezoelectric vibrator. It is a figure which shows the back surface structure. As a difference from the
凹部230の形態をこのようなものとした場合であっても、裏面電極224が凹部230の内側に嵌り込むことでセルフアライメント効果を期待することができる。また、スルーホール228の上端部に、スルーホール228よりも開口面積の大きな凹部230を設けるという構成に変わりは無いため、電子部品等の搭載可能面積の向上、および圧電振動子240と発振回路部220との接続信頼性の向上といった各効果を期待することができる。
Even when the shape of the
以下、第1の実施形態に係る圧電デバイスを例に上げ、上記いずれの実施形態にも適用可能な応用形態について、図5〜図11を参照して説明する。
まず、図5、図6に、樹脂部の応用形態について示す。上述した第1〜第3の実施形態に係る基本形態では、樹脂部は圧電振動子を被覆しない形態としていた。しかしながら、本発明に係る圧電デバイスを構成する上では、図5に示す圧電デバイス10aのように、樹脂部39aを圧電振動子40におけるパッケージベース50を覆うように配置したり、図6に示す圧電デバイス10bのように、樹脂部39bが圧電振動子40のリッド52以外を覆うようにしても良い。なお当然に圧電振動子40のリッド52を含む全体を樹脂によりモールドするようにした場合であっても本発明に係る圧電デバイスの一部とみなすことができるが、この場合、低背化の移行に反することとなる。
Hereinafter, application examples applicable to any of the above embodiments will be described with reference to FIGS. 5 to 11 by taking the piezoelectric device according to the first embodiment as an example.
First, FIGS. 5 and 6 show application forms of the resin portion. In the basic forms according to the first to third embodiments described above, the resin portion is not covered with the piezoelectric vibrator. However, in configuring the piezoelectric device according to the present invention, as in the
次に、図7〜図11を参照して、発振回路部と圧電振動子とを電気的、機械的に接合する導電性部材について説明する。
図7に示す導電性部材38aは、高融点の第1部材(導電性コア材)37aの周囲に第1部材よりも融点の低い導電性部材である第2部材(被覆材)37bを被覆した部材であり、例えば導電性コア材37aとしては銅、被覆材37bとしてはハンダを挙げることができる。形態としては、導電性コア材37aを球形とし、その周囲にハンダを被覆して形成されるため、全体として球形を成すこととなる。このような構成の導電性部材(以下、銅コアボールと称す)38aは、回路基板22における内部端子24から凹部底面31までの距離(高さ)をd、内部端子24から凹部30の開口部までの距離(高さ)をDとした場合に、導電性コア材37aの直径Aを数式1の範囲内に定めることが望ましい。
The
このような構成とすることで、図8に示すように、導電性コア材37aが圧電振動子40が極端に沈み込むことを抑制し、量産される圧電デバイス10cの高さ寸法を均一に定めることができる。また、上記のような構成の圧電デバイス10cに銅コアボール38aを採用することによれば、銅コアボール38aを樹脂部39のスルーホール28に配置すれば良いため、銅コアボール38aの転がり等が無く、銅コアボール38aの取り扱いも容易となる。
With such a configuration, as shown in FIG. 8, the
また、圧電振動子40を発振回路部20に接合するにあたり、接合用に用いるハンダ(第2部材)37bを追加するような場合、図9に示すように、樹脂部39に設ける凹部30の底面に、スルーホール28に向けて角度θの下り坂となる傾斜面30aを設けるようにすると良い。このような構成とすることにより、凹部30の容積が増し、凹部30からのハンダの漏れ出しを抑制することが可能となるからである。
Further, in the case where a solder (second member) 37b used for bonding is added when the
図7〜図9に示した例では、導電性部材38aは、導電性コア材37a球形として示したが、本応用例は、導電性コア材37aの形態を球形に限定するものでは無い。例えば図10に示すように導電性コア材37aを円柱形や角柱形等と、導電性部材38b全体として円柱形や角柱形を構成するようにしても良い。導電性コア材37aの形態をこのようなものとすることで、導電性コア材37aの直径(太さ)に比例させてスルーホール38の直径を広げる必要性が無くなる。なお、このような形態の導電性部材38bを採用する場合、数式1におけるAは、導電性コア材37aの高さとして当てはめるようにすれば良い。
In the example shown in FIGS. 7 to 9, the
また、スルーホール28及び凹部30に充填する導電性部材38cは、複数の微小なハンダボールとしても良い。このような構成とすることによれば、導電性部材38cの取り扱いが容易となる。また当然に、微小なハンダボールのそれぞれを銅コアボールとしても良い。
Further, the
また、上記実施形態に示した圧電デバイスの製造方法では、トランスファーモールド法により樹脂部39を形成する際、上型にピン72および段差部74を設けてスルーホール28と凹部30とを一度に形成するように示した。しかしながら、本発明に係る圧電デバイスを製造するにあたっては、上型に段差部のみを設けるようにして、モールド工程では樹脂部39に凹部30のみを形成し、スポットレーザによりスルーホール28を形成するようにしても良い。
Further, in the piezoelectric device manufacturing method shown in the above embodiment, when the
なお、本発明の発振回路部20,120,220における樹脂部39,139,239の構成は、圧電振動子40,140,240を積層配置する場合に限らず、他の電子デバイスや半導体素子等を構成する場合にも適用することが可能であると考えられる。
The configuration of the
10………圧電デバイス、20………発振回路部、22………回路基板、24………内部端子、26………実装用電極、28………スルーホール、30………凹部、32………金属ワイヤ、34………IC、36………接着剤、38………導電性部材、40………圧電振動子、42………パッケージ基板、44………裏面電極、46………内部端子、48………シームリング、50………パッケージベース、52………リッド、53………パッケージ、54………圧電振動片、56………導電性接着剤。
10 ......... Piezoelectric device, 20 ......... Oscillator circuit, 22 ......... Circuit board, 24 ......... Internal terminal, 26 ......... Mounting electrode, 28 ...... Through hole, 30 ......... Recess, 32 ......... Metal wire, 34 ......... IC, 36 ......... Adhesive, 38 ......... Conductive member, 40 ......... Piezoelectric vibrator, 42 ......... Package substrate, 44 ......... Back electrode, 46...
Claims (8)
前記電子部品は、前記回路基板の一方の面に搭載され、
前記回路基板の前記一方の面上に前記電子部品を覆う樹脂部が形成され、
前記樹脂部は、その表面に形成された凹部と、前記凹部の底面から前記回路基板の前記一方の面へ貫通するスルーホールとが形成され、
前記スルーホール及び前記凹部に充填された導電性部材により前記回路基板の前記一方の面に形成された内部端子と前記圧電振動子の裏面電極とを電気的に接続したことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric device in which an electronic component and a piezoelectric vibrator are stacked on a circuit board,
The electronic component is mounted on one surface of the circuit board,
A resin part covering the electronic component is formed on the one surface of the circuit board,
The resin portion has a recess formed on the surface thereof, and a through hole penetrating from the bottom surface of the recess to the one surface of the circuit board,
A piezoelectric device characterized in that an internal terminal formed on the one surface of the circuit board and a back electrode of the piezoelectric vibrator are electrically connected by a conductive member filled in the through hole and the recess. .
前記凹部は、平面視して前記圧電振動子の前記裏面電極に相似な外形を有することを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 1,
The piezoelectric device according to claim 1, wherein the concave portion has an external shape similar to the back electrode of the piezoelectric vibrator in plan view.
前記凹部は、平面視して前記圧電振動子に設けられた複数の裏面電極の外側に位置する辺を結んで形成される多角形に相似な外形を有する1つの凹部であることを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 1,
The concave portion is a single concave portion having an outer shape similar to a polygon formed by connecting sides located outside the plurality of back electrodes provided on the piezoelectric vibrator in plan view. Piezoelectric device.
前記凹部を前記裏面電極の面積または前記多角形の面積よりも広くしたことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 2 or 3, wherein
The piezoelectric device, wherein the concave portion is wider than the area of the back electrode or the polygonal area.
前記導電性部材は、導電性を有する第1部材と当該第1部材を被覆する導電性を有する第2部材とから成り、前記第1部材には前記第2部材よりも融点の高い部材を採用し、
前記内部端子から前記凹部底面までの高さをd、前記内部端子から前記凹部開口部までの高さをD、前記第1部材の高さAを、
の範囲で定めたことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 4,
The conductive member includes a first member having conductivity and a second member having conductivity that covers the first member. The first member is a member having a higher melting point than the second member. And
The height from the internal terminal to the bottom surface of the recess is d, the height from the internal terminal to the recess opening is D, the height A of the first member,
Piezoelectric device characterized in that it is defined in the range.
前記凹部の底面に、前記スルーホールの上端部に向けた傾斜を設けたことを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 5,
The piezoelectric device according to claim 1, wherein an inclination toward the upper end of the through hole is provided on the bottom surface of the recess.
回路基板上に電子部品を搭載する電子部品搭載工程と、
回路基板上に搭載された電子部品を樹脂で覆うモールド工程と、
電子部品をモールドされた回路基板に前記圧電振動子を搭載する振動子搭載工程とを有し、
前記モールド工程では、前記回路基板の主面に設けられた内部端子の表面に当接させるピンと、当該ピンの基端側に設けられた前記ピンよりも断面積を大きく定められた段差部とを有する金型を用い、
前記ピンを前記内部端子に当接させた状態で前記金型に樹脂を流し込み、前記内部端子上部にスルーホールおよび前記スルーホールよりも開口面積の広い凹部を形成し、
前記振動子搭載工程では、前記スルーホール及び前記凹部に導電性部材を充填し、当該導電性部材を溶融、固化させることで前記回路基板と前記圧電振動子との電気的、機械的接続を図ることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 A method of manufacturing a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrator is stacked on an upper part of a circuit board on which electronic components are mounted,
An electronic component mounting process for mounting electronic components on a circuit board;
A molding step of covering an electronic component mounted on a circuit board with a resin;
A vibrator mounting step of mounting the piezoelectric vibrator on a circuit board molded with electronic components,
In the molding step, a pin to be brought into contact with the surface of the internal terminal provided on the main surface of the circuit board, and a stepped portion having a cross-sectional area determined to be larger than the pin provided on the base end side of the pin. Use the mold you have,
The resin is poured into the mold in a state where the pin is in contact with the internal terminal, and a through hole and a recess having a larger opening area than the through hole are formed on the internal terminal.
In the vibrator mounting step, the through hole and the concave portion are filled with a conductive member, and the conductive member is melted and solidified to achieve electrical and mechanical connection between the circuit board and the piezoelectric vibrator. A method for manufacturing a piezoelectric device.
前記導電性部材として、第1部材と、前記第1部材を被覆し前記第1部材よりも融点の低い第2部材とから成る導電性部材を採用したことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 7,
A method for manufacturing a piezoelectric device, characterized in that a conductive member comprising a first member and a second member that covers the first member and has a lower melting point than the first member is employed as the conductive member.
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WO2020166567A1 (en) * | 2019-02-15 | 2020-08-20 | 株式会社村田製作所 | Electronic module and method for manufacturing electronic module |
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2008
- 2008-08-28 JP JP2008219216A patent/JP2010056842A/en active Pending
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WO2020166567A1 (en) * | 2019-02-15 | 2020-08-20 | 株式会社村田製作所 | Electronic module and method for manufacturing electronic module |
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