JP2013197694A - Surface mounted crystal oscillator and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水晶振動子とICチップを容器の同じ空間に搭載した一部屋構造の水晶発振器に係り、その電気的特性を測定可能とした低背な表面実装型水晶発振器とその製造方法に関する。 The present invention relates to a single-chamber crystal oscillator in which a crystal resonator and an IC chip are mounted in the same space of a container, and relates to a low-profile surface-mount crystal oscillator capable of measuring its electrical characteristics and a manufacturing method thereof.
表面実装型水晶発振器は小型・軽量であることから、特に携帯電話に代表される小型情報端末における周波数及び時間の基準源として広く用いられている。このような表面実装型水晶発振器の一つに、水晶振動子とICチップとを容器に収容して気密封止し、水晶検査端子を含めた外部端子を容器の外表面に設けた一部屋構造の表面実装型水晶発振器がある。 Since the surface-mounted crystal oscillator is small and light, it is widely used as a frequency and time reference source particularly in small information terminals represented by mobile phones. One such surface-mounted crystal oscillator is a one-room structure in which a crystal resonator and an IC chip are housed in a container and hermetically sealed, and external terminals including crystal inspection terminals are provided on the outer surface of the container There are surface mount crystal oscillators.
図11は、従来の表面実装型水晶発振器の典型例を一部破断して内部構成を説明する側面図で、特許文献1に記載された水晶発振器に対応する。特許文献1に記載されたこの形式の表面実装型水晶発振器(以下では、単に発振器と表記する場合もある)は、容器1にICチップ7と水晶片2を収容し、金属板を好適とするカバー10を接合して気密に封止して構成される。容器1は底壁1a、中間枠壁1b及び上枠壁1cの積層からなり、中央部分に凹部及び段部を有する。この容器1は、多層構造としたセラミックシ−トの焼成によって形成される。ICチップ7は発振回路を構成する増幅器等の各素子を集積したものである。容器1の底壁1aの外表面(背面:実装面)には、水晶検査端子を一時的に兼用する端子を含む実装端子5a,5b,5c,5dを備えている。
FIG. 11 is a side view for explaining the internal configuration by partially breaking a typical example of a conventional surface-mount crystal oscillator, and corresponds to the crystal oscillator described in
容器1の凹部内底面に、水晶振動子と共に発振回路を構成するICチップ7の一主面側が例えばバンプ8を用いた超音波熱圧着によって固着して搭載される。ICチップ7の入出力端子(例えば、電源端子、接地端子、出力端子、AFC端子など)は容器1の外底面の4隅に形成された実装端子5にスルーホールあるいはビアホールを経て電気的に接続されている。実装端子5b、5cは、水晶振動子に形成された二つの励振電極の延長部に接続する水晶保持端子4(二個)と一時的に接続される。この接続は図示しない基板内印刷配線と容器側面に設けた導電路11a,11bを通して電気的に接続されている。なお、実装端子に加えて、水晶振動子や発振回路の検査用の端子を設けたものもある。これらの端子を総称して外部端子と称する。
One main surface side of the
この水晶発振器は、容器1の凹部内底面にICチップ7を固着した後に水晶片2を取り付け、金属カバー10で封止する。金属カバー10はコバールなどの金属板であり、容器1の上枠壁1cの開放端に形成した金属膜(メタライズ膜)9にシーム溶接などの固着手段で固定される。しかる後に、水晶片2の実装端子5b、5cに検査装置のプローブを当ててその発振周波数などの電気的特性を測定する。測定結果(良品/規格外の識別データ)は測定装置の記憶手段に格納される。
In this crystal oscillator, the
この測定作業を終了後、個々の発振器に分離する。このとき、前記測定で規格外と判定された発振器は上記記憶手段の格納データに基づいて排除され、良品についてその導電路11a、11bをレーザ等の手段で切断する。なお、規格外として排除されたものについての再生処理は本発明の範囲に含まれないので、説明は省略する。
After completing this measurement operation, the measurement is separated into individual oscillators. At this time, the oscillator determined to be out of specification by the measurement is excluded based on the data stored in the storage means, and the
上記した一部屋構造の発振器の構造では、容器の中央部分に形成された凹部に、先ずICチップを搭載し、その後に水晶片を搭載している。水晶片にICチップが接続された状態での当該水晶振動子の電気的特性測定は、水晶振動子のみでの測定結果とは若干異なることになる。水晶片のサイズが小さいためにCI(クリスタルインピーダンス:殆ど抵抗値)が大きく、水晶片が十分に励振しないために所要の測定ができなくなる場合がある。 In the one-room oscillator structure described above, an IC chip is first mounted in a recess formed in the central portion of the container, and then a crystal piece is mounted. The measurement of electrical characteristics of the crystal resonator with the IC chip connected to the crystal piece is slightly different from the measurement result of the crystal resonator alone. Since the size of the crystal piece is small, CI (crystal impedance: almost resistance value) is large, and the crystal piece is not sufficiently excited, so that required measurement may not be possible.
なお、特許文献2に記載の発明では、水晶片を容器の下面に向けて形成した凹部に密封して水晶振動子とし、この水晶振動子の動作チェック後に、容器の上面(凹部とは反対側の面)にICチップを装着している。しかし、このような構造では、発振器の高さサイズが大きく、低背化は困難である。
In the invention described in
本発明の目的は、水晶振動子の電気的特性の測定を当該水晶振動子のみで行うことで正確な特性結果を得ると共に、低背化を可能とした一部屋構造の表面実装型の水晶発振器とその製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a surface-mounted crystal oscillator having a single-chamber structure capable of obtaining an accurate characteristic result by measuring the electrical characteristics of the crystal resonator only with the crystal resonator and reducing the height. And providing a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するため、本発明は、水晶片とICチップを容器に設けた一つの凹部に収納する一部屋構造の発振器において、容器の中央部に形成された凹部の底面に水晶片のみを搭載した状態で当該振動子の電気的特性を測定し、その後に水晶片の上方にICチップを搭載して金属カバーで気密に封止し、低背な表面実装型の水晶発振器とした。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in an oscillator having a one-chamber structure in which a crystal piece and an IC chip are accommodated in a single recess provided in the container, only the crystal piece is placed on the bottom surface of the recess formed in the central portion of the container. The electrical characteristics of the vibrator were measured in the mounted state, and thereafter, an IC chip was mounted above the crystal piece and hermetically sealed with a metal cover to obtain a low-profile surface-mount crystal oscillator.
水晶発振子にICチップが接続されていない状態でその電気的特性を測定できるため、発振周波数や抵抗値(CI)などの正確な結果を得ることができる。そして、一部屋構造の凹部に水晶片とICチップを搭載することで低背な表面実装型の発振器を提供できる。 Since the electrical characteristics can be measured in a state where the IC chip is not connected to the crystal oscillator, accurate results such as the oscillation frequency and the resistance value (CI) can be obtained. A low-profile surface-mounted oscillator can be provided by mounting a crystal piece and an IC chip in a recess having a one-room structure.
図1は、本発明に係る表面実装型の水晶発振器の実施例1を説明する内部構造を示す断面図である。図1の発振器を構成する容器1は、底壁1a、中間枠壁1b及び上枠壁1cの積層構造で、中央部分に凹部20及び段部21を有する。この容器1は、多層構造としたセラミックシ−トの焼成によって形成される。水晶片2は表裏のそれぞれに励振電極(図示せず)を有し、この励振電極から一方の端縁に延在した接続部を容器1の内底部に設けた一対の水晶保持端子4(4a,4b)に導電性接着剤3(3a,3b)で固着されている。なお、この水晶発振器は、複数の水晶発振器をマトリクス状に配列した状態で水晶片、ICチップ、金属カバーによる気密封止の組み立てが行われ、最終的に個々の水晶発振器に分離されるが、ここでは、一個の水晶発振器のみを図示して説明する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an internal structure for explaining a first embodiment of a surface-mount type crystal oscillator according to the present invention. A
この水晶発振器は、水晶片2の上方、かつ凹部20の内周に形成された段部21に、バンプ8a,8b,・・・でICチップ7が搭載されている。ICチップ7は水晶片2と共に発振回路を構成する増幅器等の各素子を集積したものである。容器1の底壁1aの外表面には、水晶検査端子を一時的に兼用する端子を含む実装端子5(5a,5b,5c,5d)を備える。
In this crystal oscillator, an
ICチップ7の各端子(例えば、電源、アース、出力、AFC端子)は容器1の外底面の4隅に形成された実装端子5(5a,5b,5c,5d)と電気的に接続される。実装端子5b、5cは、水晶振動子の二つの励振電極の延長部に接続する水晶保持端子4(4a,4b)と一時的に接続される。本実施例では、この接続は、図示しない基板内印刷配線と容器側面に設けた導電路(後述)を通して、前記図11に示した従来例と同様に、電気的に接続されている。
Each terminal (for example, power supply, ground, output, AFC terminal) of the
この水晶発振器は、容器1の凹部内底面に水晶片2を取り付けた状態で水晶片2の水晶保持端子に接続する実装端子5b、5cに検査装置のプローブを当ててその発振周波数などの電気的特性を測定する。
In this crystal oscillator, a probe of an inspection device is applied to mounting
以下、図2以降を参照して本発明による水晶発振器の構造を製造工程を含めて詳細に説明する。図2は、本実施例に係る水晶発振器の容器を説明する断面図である。なお、図2を含めて、図3、図7、図8は切断面のみを示してある。容器1は、底壁1a、中間枠壁1b及び上枠壁1cの積層構造である。その中央部分に凹部20及び段部21を有する。この容器1は、多層構造としたセラミックシ−トの焼成によって形成される。容器1は、前記底壁の外表面に複数の外部端子を有する。外部端子は実装端子、水晶検査端子を含むが、図2−図9では検査端子は実装端子を兼用するため、実装端子のみ有するものとしてある。そして、これら底壁1a、中間枠壁1b及び上枠壁1cの境界層あるいは内層には所要の回路・配線パターンが形成されている。
Hereinafter, the structure of the crystal oscillator according to the present invention including the manufacturing process will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the container of the crystal oscillator according to the present embodiment. In addition, FIG. 3, FIG. 7, FIG. 8 including FIG. 2 shows only a cut surface. The
図3は、本実施例に係る水晶発振器の容器に水晶片を固着した状態を説明する断面図である。また、図4は、図3に示した容器を凹部上面から見た平面図である。そして、図5は、本実施例に係る水晶発振器の容器に水晶片を固着した状態を説明する一部断面で示す斜視図である。また、図6は、本実施例に係る水晶発振器の容器を背面から見た平面図である。なお、底壁1aの外表面には、実装機器に実装するための端子を含む外部端子が設けられている。外部端子が実装用のみの場合は、実装端子と称する。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a state in which a crystal piece is fixed to the container of the crystal oscillator according to the present embodiment. FIG. 4 is a plan view of the container shown in FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a partial cross section for explaining a state in which the crystal piece is fixed to the container of the crystal oscillator according to the present embodiment. FIG. 6 is a plan view of the crystal oscillator container according to the present embodiment as seen from the back. In addition, the external surface including the terminal for mounting in a mounting apparatus is provided in the outer surface of the
水晶片2は、その表裏両面に励振電極2a,2bを形成してなり、各励振電極2a,2bの一部は水晶片の一端部まで延在しており、この延在部を内底面に形成されている水晶保持端子4a,4bに導電性接着剤3(3a,3b)で固着されている。水晶保持端子4a,4bは、図4に示したように、底壁1aに有する印刷配線パターン12a,12bと導電路接続パターン11(11a,11b)を通して実装端子5(5b,5c)に接続される。
The
図7は、本実施例に係る水晶発振器の容器に固着した水晶振動子の電気的特性の測定状態を説明する断面図である。容器1に水晶片2を搭載した状態で、実装端子5b、5cに測定装置のプローブ6(6a、6b)を接触させる。プローブ6aと6bは、分かり易いようにずらして示してある。このプローブ6(6a、6b)に測定用の信号を印加して周波数特性、インピーダンスなどの電気的特性を測定する。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the measurement state of the electrical characteristics of the crystal resonator fixed to the container of the crystal oscillator according to the present embodiment. With the
図8は、本実施例に係る水晶発振器の容器にICチップを搭載した状態を示す断面図である。ICチップ7は、容器の段部21に形成された配線に接続するパッド(図示せず)にバンプ8(8a,8b,8c,・・・)を超音波熱圧着等により固着される。これにより、ICチップ7は、水晶片2と共に発振回路を構成する。その後、前記した図1に示したように、容器1の凹部および段部の開口を金属カバー10で封止する。金属カバー10はコバールなどの金属板であり、容器1の上枠壁1cの開放端に形成した金属膜(メタライズ膜)9にシーム溶接などの固着手段で固定し、水晶片とICチップを搭載した凹部と段部の空間を密閉する。その後、個々の水晶発振器に分離される。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which the IC chip is mounted on the container of the crystal oscillator according to the present embodiment. The
図9は、個別に分離した本実施例に係る水晶発振器の側面図である。分離した水晶発振器のうち、前記測定で良品と判定された発振器の導電路11(11a、11b)をレーザ、あるいはガスイオン照射等の手段で切断する。図9において、符号14は切断部分を示す。この切断で実装端子5b,5cは検査端子としての機能を喪失する。
FIG. 9 is a side view of the crystal oscillator according to the present embodiment separately separated. Of the separated crystal oscillators, the conductive paths 11 (11a, 11b) of the oscillators determined to be non-defective by the measurement are cut by means such as laser or gas ion irradiation. In FIG. 9,
このように構成した本実施例によれば、水晶発振子にICチップが接続されていない状態でその電気的特性を測定できるため、発振周波数や抵抗値(CI)などの正確な結果を得ることができる。そして、一部屋構造の凹部に水晶片とICチップを搭載することで低背な発振器を提供できる。 According to this embodiment configured as described above, the electrical characteristics can be measured in a state where the IC chip is not connected to the crystal oscillator, so that accurate results such as the oscillation frequency and the resistance value (CI) can be obtained. Can do. A low-profile oscillator can be provided by mounting a crystal piece and an IC chip in a recess having a one-room structure.
図10は、本発明の実施例2に係る水晶発振器の容器を背面から見た平面図である。実施例2は水晶検査端子の構成で実施例1と異なる。前記した実施例1では、水晶検査端子を実装端子に兼用させている。そのため、組み立て後に導電路11(11a、11b)を切断する工程を必要としている。 FIG. 10 is a plan view of the container of the crystal oscillator according to the second embodiment of the present invention as seen from the back side. The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the crystal inspection terminal. In the first embodiment described above, the crystal inspection terminal is also used as the mounting terminal. Therefore, the process of cutting the conductive path 11 (11a, 11b) after assembly is required.
実施例2では、図10に示したように、水晶発振器の背面に設ける実装端子5(5a,5b,5c,5d)とは独立した水晶検査端子15(15a,15b)を設けたものである。水晶片2とこの水晶検査端子15(15a,15b)とは容器の基板内配線パターンとスルーホール又はビアホールを通して電気的に接続されている。水晶振動子の検査工程では、この水晶検査端子15(15a,15b)に検査装置のプローブを接触させて水晶振動子の測定等を行う。
In the second embodiment, as shown in FIG. 10, crystal inspection terminals 15 (15a, 15b) independent of the mounting terminals 5 (5a, 5b, 5c, 5d) provided on the back surface of the crystal oscillator are provided. . The
水晶検査端子15(15a,15b)は、実装機器の回路あるいは配線パターンとのショートを回避するため、容器1の背面(外表面)に凹陥部16を設け、この中に端子層を埋設する。埋設した水晶検査端子15a,15bの外表面は実装端子5(5a,5b,5c,5d)の外表面から後退した位置になるように端子層を設けるのが好適である。しかし、このようなショートを考慮する必要がないものでは、実装端子と同じ面一となるようにしてもよい。
The crystal inspection terminal 15 (15a, 15b) is provided with a recessed
実施例2によれば、実施例1と同様の作用効果に加えて、実施例1において必須の導電路11(11a、11b)の切断工程が不要となり、製造プロセスを簡略化できる。 According to the second embodiment, in addition to the same effects as the first embodiment, the step of cutting the conductive paths 11 (11a, 11b) essential in the first embodiment is not required, and the manufacturing process can be simplified.
実施例2では、水晶検査端子を底壁の外表面に設けたが、本発明はこれに限るものではなく、水晶発振器の側面に設けてもよいものである。実施例3は、検査端子を水晶発振器の側面に設けたもので、特に図示による説明は省略する。 In the second embodiment, the crystal inspection terminal is provided on the outer surface of the bottom wall, but the present invention is not limited to this and may be provided on the side surface of the crystal oscillator. In the third embodiment, the inspection terminal is provided on the side surface of the crystal oscillator, and the description by illustration is omitted.
1・・・容器、2・・・水晶片、3・・・導電性接着剤、4・・・水晶保持端子、5・・・実装端子、6・・・プローブ、7・・・ICチップ、8・・・バンプ、9・・・金属膜、10・・・金属カバー、11・・・導電路、12・・・導電路接続パターン、14・・・切断部分、15・・・水晶検査端子、16・・・凹陥部、20・・・凹部、21・・・段部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記容器は、底壁と中間枠壁及び上枠壁の積層構造からなり、前記中間枠壁及び上枠壁で囲まれる中央部分に凹部及び段部を有し、
前記水晶片は、前記の容器の前記中央部分に形成された凹部の底面に形成した水晶保持端子に励振電極を固着して搭載され、
前記ICチップは、前記凹部の上方で前記段部に形成した配線パターンのパッドにバンプを固着して搭載されてなり、
前記を凹部及び前記段部を気密に封止して前記上枠壁に固着された金属カバーと、
前記底壁の外表面に設けた表面実装用の複数の実装端子とを備えたことを特徴とする表面実装型水晶発振器。 A surface-mount crystal oscillator with a single-chamber structure consisting of a container with a crystal piece and an IC chip mounted in the center,
The container has a laminated structure of a bottom wall, an intermediate frame wall, and an upper frame wall, and has a recess and a step in a central portion surrounded by the intermediate frame wall and the upper frame wall,
The crystal piece is mounted with an excitation electrode fixed to a crystal holding terminal formed on the bottom surface of a recess formed in the central portion of the container,
The IC chip is mounted with a bump fixed to a pad of a wiring pattern formed on the stepped portion above the recess,
A metal cover which hermetically seals the concave portion and the stepped portion and is fixed to the upper frame wall;
A surface-mount type crystal oscillator comprising a plurality of surface-mounting terminals provided on an outer surface of the bottom wall.
前記底壁の外表面に設けた表面実装用の複数の実装端子の内の一対は、前記水晶振動子の検査における検査端子に共用されるものであり、
前記容器の側面に、前記水晶保持端子と前記水晶振動子の検査における検査端子に共用される実装端子とを電気的に接続し、当該検査後に切断される導電路接続パターンを設けたこと特徴とする表面実装型水晶発振器。 In claim 1,
A pair of a plurality of mounting terminals for surface mounting provided on the outer surface of the bottom wall is shared by the inspection terminals in the inspection of the crystal resonator,
A conductive path connection pattern is provided on the side surface of the container for electrically connecting the crystal holding terminal and a mounting terminal shared by the inspection terminal in the inspection of the crystal resonator, and cutting after the inspection. Surface mount crystal oscillator.
前記底壁の外表面に、前記容器の基板内配線を介して前記水晶保持端子と接続した水晶検査端子を備えたことを特徴とする表面実装型水晶発振器。 In claim 1,
A surface-mount type crystal oscillator comprising a crystal inspection terminal connected to the crystal holding terminal via an in-substrate wiring of the container on an outer surface of the bottom wall.
前記水晶検査端子を設ける部分の前記底壁の外表面に凹陥部を有し、前記水晶検査端子の外表面が前記実装端子の外表面から後退した位置にあることを特徴とする表面実装型水晶発振器。 In claim 3,
A surface-mount type crystal having a recessed portion on an outer surface of the bottom wall of a portion where the crystal inspection terminal is provided, wherein the outer surface of the crystal inspection terminal is in a position retreated from the outer surface of the mounting terminal. Oscillator.
底壁と中間枠壁及び上枠壁の積層構造からなり、前記底壁の外表面に複数の外部端子を有すると共に、前記中間枠壁と前記上枠壁で囲まれる段部と凹部とを有する容器の前記凹部の内底面に形成された水晶保持端子に固着する水晶片の搭載工程と、
外部端子に検査装置のプローブを接触させてその電気的特性を測定する水晶振動子検査工程と、
検査工程後、前記段部表面に形成されたパッドにバンプを固着してICチップを搭載するICチップ搭載工程と、
前記上枠壁の開放端に金属カバーを固着して前記容器の凹部および段部を気密に封止する密閉工程と、
を少なくとも含むことを特徴とする表面実装型水晶発振器の製造方法。 A method of manufacturing a surface-mounted crystal oscillator having a one-room structure comprising a container having a crystal oscillator and an IC chip mounted in the center,
It has a laminated structure of a bottom wall, an intermediate frame wall, and an upper frame wall, has a plurality of external terminals on the outer surface of the bottom wall, and has a step portion and a recess surrounded by the intermediate frame wall and the upper frame wall. A mounting step of a crystal piece fixed to a crystal holding terminal formed on the inner bottom surface of the concave portion of the container;
A crystal resonator inspection process in which the probe of the inspection device is brought into contact with the external terminal and its electrical characteristics are measured,
After the inspection process, an IC chip mounting process for mounting bumps on the pads formed on the step surface and mounting an IC chip;
A sealing step in which a metal cover is fixed to the open end of the upper frame wall to hermetically seal the concave portion and the step portion of the container;
A method for manufacturing a surface-mount type crystal oscillator comprising:
前記水晶振動子の検査において前記プローブを接触させる前記外部端子は、当該水晶発振器を実装機器に実装するための実装端子の一部を兼用するものであることを特徴とする表面実装型水晶発振器の製造方法。 In claim 5,
The surface-mount type crystal oscillator characterized in that the external terminal with which the probe is contacted in the inspection of the crystal oscillator is also used as a part of a mounting terminal for mounting the crystal oscillator on a mounting device. Production method.
前記密閉工程の後段に、前記水晶振動子の水晶保持端子と前記検査に用いた実装端子と兼用の外部端子とを切断する切断工程を有することを特徴とする表面実装型水晶発振器の製造方法。 In claim 6,
A method for manufacturing a surface-mounted crystal oscillator, comprising a cutting step of cutting a crystal holding terminal of the crystal resonator and an external terminal that is also used as the mounting terminal used for the inspection after the sealing step.
前記水晶振動子の検査において前記プローブを接触させる前記外部端子は、当該水晶発振器を実装機器に実装するための実装端子とは別個に前記底壁の外表面に設けた検査端子であることを特徴とする表面実装型水晶発振器の製造方法。 In claim 5,
The external terminal that contacts the probe in the inspection of the crystal resonator is an inspection terminal provided on the outer surface of the bottom wall separately from a mounting terminal for mounting the crystal oscillator on a mounting device. A method for manufacturing a surface mount crystal oscillator.
前記検査端子を設ける前記底壁の外表面に凹陥部を有し、前記凹陥部に前記検査端子を形成する際に、当該検査端子の外表面を前記実装端子の外表面から後退させて形成することを特徴とする表面実装型水晶発振器の製造方法。 In claim 8,
An outer surface of the bottom wall on which the inspection terminal is provided has a recessed portion, and when the inspection terminal is formed in the recessed portion, the outer surface of the inspection terminal is retreated from the outer surface of the mounting terminal. A method for manufacturing a surface-mounted crystal oscillator.
前記水晶振動子の検査において前記プローブを接触させる検査端子を、前記底壁の外表面に代えて前記容器の側面に設けたことを特徴とする表面実装型水晶発振器の製造方法。 In claim 5,
A method for manufacturing a surface-mounted crystal oscillator, wherein an inspection terminal for contacting the probe in the inspection of the crystal resonator is provided on a side surface of the container instead of the outer surface of the bottom wall.
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CN108015382A (en) * | 2018-01-22 | 2018-05-11 | 成都玖信科技有限公司 | A kind of multi-chip eutectic graphite frock and assembly method |
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