JP2016086381A - Piezoelectric device and manufacturing method of piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水晶発振器等の圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric device such as a crystal oscillator and a method for manufacturing the piezoelectric device.
水晶振動素子と、水晶振動素子に電圧を印加して発振信号を生成する発振回路(集積回路素子)とを有する水晶発振器として、例えば、第1主面に水晶振動素子が収容される第1凹部が形成され、その背面の第2主面に集積回路素子が収容される第2凹部が形成された、いわゆるH型のパッケージを有するものが知られている(例えば特許文献1)。この水晶発振器は、例えば、第2主面を回路基板に対向させて、第2主面の第2凹部の周囲に形成されたパッドと、回路基板のパッドとがバンプによって接合されることにより、回路基板に実装される。 As a crystal oscillator having a crystal resonator element and an oscillation circuit (integrated circuit element) that generates an oscillation signal by applying a voltage to the crystal resonator element, for example, a first recess in which the crystal resonator element is accommodated in a first main surface Is formed, and has a so-called H-type package in which a second concave portion for accommodating an integrated circuit element is formed on a second main surface on the back surface thereof (for example, Patent Document 1). In this crystal oscillator, for example, the second main surface is opposed to the circuit board, and the pad formed around the second concave portion of the second main surface and the pad of the circuit board are joined by the bump, Mounted on a circuit board.
なお、水晶振動素子と、水晶振動素子を収容するパッケージとを有し、発振回路(集積回路素子)を有さない、水晶振動子もよく知られている。このような水晶振動子と、発振回路を有する集積回路素子とを、外部端子を有する同一の配線基板に実装するとともに樹脂封止して構成された水晶発振器も知られている(例えば特許文献2、3) A crystal resonator that includes a crystal resonator element and a package that accommodates the crystal resonator element and does not include an oscillation circuit (integrated circuit element) is also well known. There is also known a crystal oscillator configured by mounting such a crystal resonator and an integrated circuit element having an oscillation circuit on the same wiring board having external terminals and sealing with resin (for example, Patent Document 2). 3)
上述したH型のパッケージを有する水晶発振器は、例えば、集積回路素子が実装された配線基板に水晶振動子を実装した構成に比較して、パッケージが全体として一体化されていることから、小型化等において有利である。その一方で、例えば、水晶発振器と水晶発振器が実装される回路基板との接合部(パッド等)を変更するときに、パッケージ全体を設計変更する必要が生じる等の不都合も生じる。特許文献2及び3の技術は、水晶振動子と集積回路素子とが並列に実装されることから、配線基板が大きくなり、小型化に不利である。
The crystal oscillator having the H-type package described above is reduced in size because, for example, the package is integrated as a whole as compared with a configuration in which a crystal resonator is mounted on a wiring board on which an integrated circuit element is mounted. Etc. are advantageous. On the other hand, for example, when changing the joint (pad or the like) between the crystal oscillator and the circuit board on which the crystal oscillator is mounted, there arises a disadvantage that the design of the entire package needs to be changed. The techniques disclosed in
従って、好適にパッケージングされた圧電デバイス及びその製造方法が提供されることが望まれる。 Accordingly, it is desirable to provide a suitably packaged piezoelectric device and method for manufacturing the same.
本発明の一態様に係る圧電デバイスは、一方の主面に設けられた振動子用パッド、他方の主面に設けられ、前記振動子用パッドに接続された外部端子、及び、厚み方向に貫通する開口部を有する配線基板と、前記開口部を覆うように前記振動子用パッドに実装された圧電振動子と、前記開口部内に位置し、前記圧電振動子に実装された電子素子と、前記圧電振動子の外周面、及び、前記一方の主面のうちの前記圧電振動子の周囲部分に密着する絶縁材料からなる包囲部と、を有している。 A piezoelectric device according to an aspect of the present invention includes a vibrator pad provided on one main surface, an external terminal provided on the other main surface and connected to the vibrator pad, and penetrating in a thickness direction. A wiring substrate having an opening to be covered; a piezoelectric vibrator mounted on the vibrator pad so as to cover the opening; an electronic element located in the opening and mounted on the piezoelectric vibrator; An outer peripheral surface of the piezoelectric vibrator, and an enclosing portion made of an insulating material that is in close contact with a peripheral portion of the one main surface of the piezoelectric vibrator.
好適には、前記圧電振動子の前記配線基板とは反対側の表面が前記包囲部から露出している。 Preferably, the surface of the piezoelectric vibrator opposite to the wiring board is exposed from the surrounding portion.
好適には、前記圧電振動子の前記配線基板とは反対側の表面と、前記包囲部の前記配線基板とは反対側の表面とが面一である。 Preferably, the surface of the piezoelectric vibrator opposite to the wiring substrate and the surface of the surrounding portion opposite to the wiring substrate are flush with each other.
好適には、前記配線基板は、平面視において前記圧電振動子よりも外側に、当該配線基板を厚み方向に貫通する貫通孔と、当該貫通孔に設けられ、前記振動子用パッドと前記外部端子とを接続する接続導体と、を有し、前記包囲部は、前記貫通孔を覆っている。 Preferably, the wiring board is provided outside the piezoelectric vibrator in a plan view, the through-hole penetrating the wiring board in the thickness direction, the through-hole, and the vibrator pad and the external terminal And the surrounding portion covers the through hole.
本発明の一態様に係る圧電デバイスの製造方法は、一方の主面に設けられた振動子用パッド、他方の主面に設けられ、前記振動子用パッドに接続された外部端子、及び、厚み方向に貫通する開口部を有する配線基板が多数個取りされる母基板に、前記開口部を覆うように前記一方の主面に実装される圧電振動子と、前記開口部内に位置し、前記圧電振動子に実装される電子素子とを設けるステップと、前記圧電振動子が設けられた前記母基板において、前記一方の主面に溶融状態の絶縁材料を供給して固化させ、前記一方の主面のうちの前記圧電振動子の周囲部分、及び、前記圧電振動子の外周面に密着する絶縁層を形成するステップと、前記母基板及び前記絶縁層を前記他方の主面側からブレードによって切断して個片化するステップと、を有している。 The method for manufacturing a piezoelectric device according to one aspect of the present invention includes a vibrator pad provided on one main surface, an external terminal provided on the other main surface and connected to the vibrator pad, and a thickness. A piezoelectric substrate mounted on the one main surface so as to cover the opening on a mother board on which a large number of wiring boards having openings that penetrate in the direction are taken; A step of providing an electronic element mounted on a vibrator; and in the mother substrate provided with the piezoelectric vibrator, supplying a solid insulating material to the one main surface to solidify the one main surface Forming an insulating layer in close contact with a peripheral portion of the piezoelectric vibrator and an outer peripheral surface of the piezoelectric vibrator, and cutting the mother substrate and the insulating layer with a blade from the other main surface side. Step to divide It has.
好適には、前記絶縁層を形成するステップでは、前記圧電振動子の前記配線基板とは反対側の表面と、前記絶縁層の前記配線基板とは反対側の表面とが面一になるように前記絶縁層が形成される。 Preferably, in the step of forming the insulating layer, the surface of the piezoelectric vibrator opposite to the wiring substrate and the surface of the insulating layer opposite to the wiring substrate are flush with each other. The insulating layer is formed.
上記の構成によれば、好適にパッケージングされた圧電デバイスが実現される。 According to said structure, the packaged piezoelectric device is implement | achieved suitably.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description are schematic, and the dimensional ratios and the like on the drawings do not necessarily match the actual ones.
また、図面には、図面相互の関係を明確にする等の目的で、便宜的に直交座標系xyzを付すことがある。x軸、y軸及びz軸は、部材の形状等に基づいて便宜的に定義されており、圧電体(水晶)の電気軸、機械軸及び光軸を意味するものではない。 Further, for the purpose of clarifying the relationship between the drawings, the rectangular coordinate system xyz may be attached to the drawings for the sake of convenience. The x-axis, y-axis, and z-axis are defined for convenience based on the shape of the member and the like, and do not mean the electric axis, mechanical axis, and optical axis of the piezoelectric body (quartz).
<第1実施形態>
(水晶発振器の構成)
図1は、本発明の実施形態に係る水晶発振器1(以下、「水晶」は省略)の概略構成を示す分解斜視図である。図2は、図1のII−II線における断面図である。
<First Embodiment>
(Configuration of crystal oscillator)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a crystal oscillator 1 (hereinafter, “crystal” is omitted) according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
発振器1は、例えば、全体として、概略、薄型の直方体状とされる電子部品であり、その寸法は適宜に設定されてよい。例えば、比較的小さいものでは、長辺又は短辺の長さが1〜2mmであり、厚さが0.2〜0.4mmである。
The
発振器1は、例えば、水晶振動子3(以下、「水晶」は省略)と、振動子3に実装される集積回路素子5と、振動子3が実装される配線基板7と、振動子3の周囲を封止するための包囲部8とを有している。なお、包囲部8は、組み立てられる部品ではなく、また、破断なしには取り外し不可能な部材であるが、便宜上、図1にも示している。
The
振動子3は、交流電圧が印加されるとその内部で固有振動を生じる。集積回路素子5は、発振回路を含んで構成されており、振動子3に電圧を印加して、振動子3内の固有振動を利用して発振信号を生成する。配線基板7は、不図示の回路基板等に接続され、振動子3のパッケージを介して、回路基板と集積回路素子5との間において電気信号を仲介する。これらの具体的な構成は、例えば、以下のとおりである。
When an alternating voltage is applied, the
振動子3は、例えば、水晶振動素子9(以下、「水晶」は省略)と、振動素子9を収容する素子搭載部材11と、素子搭載部材11を密閉する蓋部材13とを有している。なお、素子搭載部材11及び蓋部材13によって、振動子3のパッケージが構成されている。
The
振動素子9は、例えば、水晶片15と、水晶片15に電圧を印加するための1対の励振電極17と、振動素子9を素子搭載部材11に実装するための1対の引出電極19とを有している。
The
水晶片15は、例えば、概ね長方形の板状に形成されている。水晶片15は、例えば、ATカット水晶片からなる。1対の励振電極17は、例えば、水晶片15の両主面の中央側に層状に設けられている。1対の引出電極19は、例えば、1対の励振電極17から引き出されて水晶片15の長手方向の一端側部分に設けられている。1対の励振電極17及び1対の引出電極19は、例えば、振動素子9の両主面のいずれが実装側とされてもよいように、水晶片15の長手方向に延びる不図示の中心線に対して180°回転対称の形状に形成されている。
The
素子搭載部材11は、例えば、絶縁性の基体21と、基体21に設けられた各種の導体(例えば金属)とを有している。各種の導体は、例えば、振動素子9を素子搭載部材11に搭載するための1対の素子搭載パッド23、振動子3を配線基板7に実装するための複数(本実施形態では4つ)の振動子端子25、及び、集積回路素子5を振動子3に実装するための複数(本実施形態では6つ)のIC用パッド26(図2)である。
The
基体21は、例えば、セラミックからなり、振動素子9を収容する凹部21rを有している。基体21は、例えば、平板状の基板部21aと、基板部21aに重ねられた枠部21bとを有しており、これにより、凹部21rが構成されている。
The
1対の素子搭載パッド23は、例えば、凹部21rの底面(基板部21aの枠部21b側の主面)に層状に設けられている。複数の振動子端子25は、例えば、基板部21aの枠部21bとは反対側の主面の4隅に層状に設けられている(図3(b)参照)。複数のIC用パッド26は、例えば、基板部21aの枠部21bとは反対側の主面において、複数の振動子端子25に囲まれた領域内に2列で配列されている(図3(b)参照)。
For example, the pair of
振動素子9は、1対の引出電極19と1対の素子搭載パッド23とが1対のバンプ27(図2)によって接合されることによって、素子搭載部材11に片持ち梁のように固定されるとともに、素子搭載部材11に電気的に接続される。なお、バンプ27は、例えば、導電性接着剤からなる。
The
蓋部材13は、例えば、金属からなる。蓋部材13は、素子搭載部材11の枠部21bと接合され、これにより、凹部21rは密閉される。凹部21r内は、例えば、真空とされ、又は、適宜なガス(例えば窒素)が封入される。
The
蓋部材13及び素子搭載部材11の接合は適宜な方法によりなされてよい。例えば、枠部21bの蓋部材13側の面には、金属からなる枠状の第1接合用パターン29が形成される。一方、蓋部材13の枠部21b側の面には、金属からなる枠状の第2接合用パターン31が形成される。そして、両者がシーム溶接によって接合されることにより、蓋部材13及び素子搭載部材11は互いに接合される。
The
集積回路素子5は、例えば、概略薄型直方体状に形成されており、一方の主面に複数(本実施形態では6つ)のIC端子33を有している。IC端子33と、素子搭載部材11に設けられた既述のIC用パッド26とがバンプ35(図2)によって接合されることにより、集積回路素子5は、素子搭載部材11に固定されるとともに、素子搭載部材11に電気的に接続される。
The
IC端子33の数及び役割は、発振器1に要求される機能等に応じて適宜に設定されてよい。例えば、6つのIC端子33のうち、1つは基準電位を集積回路素子5に供給するためのものであり、1つは電源電圧(基準電位とは異なる電位)を集積回路素子5に供給するためのものであり、2つは集積回路素子5から振動素子9に電圧を印加するためのものであり、1つは集積回路素子5により生成した発振信号を出力するためのものであり、1つは、発振信号の周波数を調整するための制御信号を集積回路素子5に入力するためのもの、又は、集積回路素子5による発振信号の生成又は停止を指示するイネーブル・ディセーブル信号を集積回路素子5に入力するためのものである。
The number and role of the
既に述べたように、集積回路素子5は、発振回路を含んで構成されている。発振回路は、例えば、帰還型のものである。また、集積回路素子5は、温度センサ、及び、温度センサの検出した温度に基づいて発振信号の温度変化を補償する温度補償回路を含んでいてもよい。集積回路素子5は、パッケージングされたものであってもよいし、ベアチップであってもよい。
As already described, the
配線基板7は、例えば、リジッド式のプリント配線基板と同様の構成とされてよい。例えば、配線基板7は、絶縁基板37と、絶縁基板37に設けられた各種の導体(例えば金属)と、絶縁基板37を適宜に覆うソルダーレジスト39とを有している。各種の導体は、例えば、振動子3を配線基板7に実装するための複数(本実施形態では4つ)の振動子用パッド41、配線基板7を不図示の回路基板に実装するための複数(本実施形態では4つ)の外部端子43、及び、複数の振動子用パッド41と複数の外部端子43とを接続する複数(本実施形態では4つ)の接続導体45である。
For example, the
絶縁基板37は、例えば、ガラスエポキシ材よりなる。絶縁基板37(配線基板7)は、第1主面37aと、その背面の第2主面37bと、厚み方向(z方向。第1主面37aから第2主面37bへ)貫通する開口部37hと、開口部37hの周囲にて厚み方向に貫通する複数(本実施形態では4つ)の貫通孔37eを有している。なお、以下では、配線基板7の主面を37a及び37bの符号で参照することがある。
The insulating
絶縁基板37の外縁、開口部37h及び貫通孔37eの平面形状は適宜に設定されてよい。例えば、絶縁基板37の外縁の平面形状は矩形である。開口部37hの平面形状は、例えば、矩形状(角部が面取りされたもの含む。図1の例)、矩形の短辺が弧状とされた長円状、楕円状又は円状である。貫通孔37eの平面形状は例えば円形である。なお、貫通孔37eは、絶縁基板37の側面から内側へ離れていることが好ましい。
The planar shape of the outer edge of the insulating
複数の振動子用パッド41は、例えば、第1主面37aの4隅側に層状に設けられており、開口部37hを囲んでいる。複数の外部端子43は、例えば、第2主面37bの4隅に層状に設けられており、開口部37hを囲んでいる。複数の接続導体45は、例えば、複数の貫通孔37eの内周面に層状に設けられている。複数の接続導体45(複数の貫通孔37e)は、例えば、絶縁基板37の主面の4隅側に設けられており、開口部37hを囲んでいる。
The plurality of
ソルダーレジスト39は、例えば、第1主面37aにおいて、振動子用パッド41及び接続導体45を囲むように、第1主面37aの概略全体に亘って設けられている。これにより、振動子用パッド41上に配置されるバンプ47(図2)によって振動子用パッド41同士が短絡されるおそれが低減される。
For example, the solder resist 39 is provided over the entire first
複数の貫通孔37eは、例えば、振動子用パッド41に対して開口部37hとは反対側に位置している。接続導体45は、例えば、第1主面37aの貫通孔37eの周囲にフランジ部を有しており、当該フランジ部は、配線を介さずに直接に振動子用パッド41と接続されている。なお、貫通孔37eは、振動子用パッド41と重なっていないか、若しくは、比較的少ない量で振動子用パッド41と重なっている。また、複数の貫通孔37eは、例えば、外部端子43に重なる位置に設けられている。接続導体45は、例えば、貫通孔37eの内周面に設けられた部分が直接に外部端子43に接続されている。
The plurality of through
振動子3は、素子搭載部材11に設けられた既述の複数の振動子端子25と、振動子用パッド41とがバンプ47(図2)によって接合されることにより、配線基板7に対して固定されるとともに、電気的に接続される。振動子用パッド41は、開口部37hを囲むように配置されているから、振動子3は、開口部37hを第1主面37a側から覆うように配線基板7に実装される。なお、振動子3の面積は、例えば、開口部37hの面積よりも大きく、平面視において開口部37hは振動子3に収まる。
The
また、振動子3に実装された集積回路素子5は、開口部37hに収容される。なお、図2では、集積回路素子5の天面(z方向負側の面)は、第2主面37bよりも内部側(z方向正側)に位置しているが、当該天面は、第2主面37bと概略面一とされてもよい。
Further, the
平面視において、配線基板7は、振動子3よりも大きい。そして、第1主面37aにおいて、振動子3の周囲に溶融状態の絶縁材料が供給され、その後、絶縁材料が固化されることによって、包囲部8が形成されている。従って、包囲部8は、第1主面37a(厳密には本実施形態ではソルダーレジスト39)及び振動子3の側面に密着している。
In plan view, the
包囲部8の材料は適宜に選択されてよい。例えば、包囲部8は、樹脂、又は、適宜なフィラーを含む樹脂からなる。樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂(例えばエポキシ樹脂)である。フィラーは、例えば、樹脂よりも熱膨張係数が低い無機材料(例えばSiO2)からなる。また、包囲部8は、アモルファス状態の無機材料により構成されていてもよい。
The material of the surrounding
振動子3の天面(配線基板7とは反対側の面)は、例えば、包囲部8の天面(配線基板7とは反対側の面)から露出しており、また、これらの天面同士は面一である。また、包囲部8の側面と配線基板7の側面とは例えば面一である。接続導体45及び貫通孔37eは、例えば、平面視において少なくとも一部が振動子3の外側に位置しており、包囲部8は、接続導体45及び貫通孔37eを覆っている。なお、包囲部8は、貫通孔37eに充填されていてもよいし、充填されていなくてもよい。
The top surface (surface opposite to the wiring substrate 7) of the
集積回路素子5と振動子3との間にはアンダーフィル49(図2)が充填されている。アンダーフィル49は、例えば、熱硬化性樹脂(例えばエポキシ樹脂)からなる。アンダーフィル49は、樹脂よりも熱膨張係数が低いフィラー(例えばSiO2からなる)を含んでいてもよい。アンダーフィル49は、集積回路素子5の側面を適宜な高さまで覆うように設けられてもよいし、集積回路素子5を側面だけでなく天面も覆うように設けられてもよい。
An underfill 49 (FIG. 2) is filled between the
素子搭載部材11(振動子3)の基体21は、振動子端子25、バンプ47及び振動子用パッド41の厚みに相当する隙間を介して配線基板7の絶縁基板37と対向している。この隙間の外側は、包囲部8によって塞がれている。なお、包囲部8又はアンダーフィル49は、基体21と絶縁基板37との隙間へ広がっていてもよいし、広がっていなくてもよい。
The
素子搭載部材11においては、6つのIC用パッド26のうちの2つと、1対の素子搭載パッド23とが接続されている。これにより、IC用パッド26に実装された集積回路素子5と、素子搭載パッド23に実装された振動素子9とが電気的に接続されている。ひいては、集積回路素子5により振動素子9に電圧を印加して発振信号を生成することが可能となっている。
In the
また、素子搭載部材11においては、6つのIC用パッド26のうち残りの4つと、4つの振動子端子25とが接続されている。これにより、IC用パッド26に実装された集積回路素子5と、振動子端子25が接合された振動子用パッド41を有する配線基板7とが電気的に接続されている。ひいては、振動子用パッド41と接続導体45を介して接続された配線基板7の4つの外部端子43に対する電気信号の入出力によって、集積回路素子5に対して電気信号を入出力することが可能となっている。
In the
図3(a)及び図3(b)は、上記のような素子搭載部材11における接続の一例を説明するための図である。具体的には、図3(a)は、基板部21aを振動素子9から見た平面図であり、図3(b)は、基板部21aを集積回路素子5側から見た平面図である。
FIG. 3A and FIG. 3B are diagrams for explaining an example of connection in the
図3(a)に示すように、1対の素子搭載パッド23からは1対の第1接続パターン51が延び、1対の第1ビア導体53に接続されている。図3(b)に示すように、1対の第1ビア導体53は、基板部21aを厚み方向に貫通しており、1対の第2接続パターン55に接続されている。1対の第2接続パターン55は、2つのIC用パッド26に接続されている。また、図3(b)に示すように、残りの4つのIC用パッド26は、4つの第3接続パターン57を介して4つの振動子端子25に接続されている。
As shown in FIG. 3A, a pair of
第1接続パターン51、第2接続パターン55及び第3接続パターン57は、層状に形成されている。第1接続パターン51は、一部が枠部21bと重なっていてもよい。1対の第2接続パターン55の中途が幅広に形成されているのは、発振器1の製造過程において、振動素子9の特性を検査する検査装置のプローブを当接させるためである。第2ビア導体59は、基準電位が付与される振動子端子25と導体からなる蓋部材13とを接続するためのものであり、枠部21bも厚み方向に貫通している。
The
(水晶発振器の製造方法)
図4(a)〜図4(d)は、発振器1の製造方法を説明するための模式図である。
(Manufacturing method of crystal oscillator)
4A to 4D are schematic views for explaining a method for manufacturing the
まず、図4(a)に示すように、配線基板7が多数個取りされる母基板101が準備される。図4(a)では開口部37h以外の図示を省略しているが、この時点において、例えば、配線基板7は略形成されている。すなわち、この時点において、開口部37h、貫通孔37e、ソルダーレジスト39、振動子用パッド41、外部端子43及び接続導体45は設けられている。母基板101の形成方法は、具体的な形状等を除いては、公知の方法と同様とされてよい。なお、開口部37hは、例えば、打ち抜き、切削、又は、エッチングによって形成されてよい。また、貫通孔37eは、例えば、ドリル等による切削によって形成されてよい。
First, as shown in FIG. 4A, a
次に、図4(b)に示すように、母基板101に振動子3及び集積回路素子5が設けられる。すなわち、振動素子9の素子搭載部材11に対する接合、蓋部材13の素子搭載部材11に対する接合、集積回路素子5の素子搭載部材11に対する接合、及び、素子搭載部材11の配線基板7(母基板101)に対する接合が行われる。
Next, as shown in FIG. 4B, the
これらの接合順は、蓋部材13の素子搭載部材11に対する接合が振動素子9の素子搭載部材11に対する接合よりも後である限り、どのような接合順も可能である。また、第2接続パターン55の一部を拡幅して形成した測定パッド(本実施形態では集積回路素子5が重なる)を介して振動素子9の特性を検査し、これに応じて励振電極17の重さを調整する場合においては、集積回路素子5の素子搭載部材11に対する接合は、振動素子9の素子搭載部材11に対する接合よりも後である。
As long as the joining of the
次に、図4(c)に示すように、包囲部8となる絶縁層103を形成する。具体的には、例えば、溶融状態の絶縁材料を供給し、その後、絶縁材料を加熱又は乾燥させることによって固化させる。供給方法及び固化方法は、公知の方法と同様でよい。例えば、熱硬化性樹脂をスクリーン印刷によって供給し、その後、リフロー炉等を通過させることによって熱硬化性樹脂を硬化させてよい。
Next, as illustrated in FIG. 4C, the insulating
絶縁層103の母基板101とは反対側の表面は、振動子3の母基板101とは反対側の表面と面一にされる。面一にする方法は、溶融状態の絶縁材料の供給量を適宜に調整することによって実現されてもよいし、比較的多くの絶縁材料を供給した後に、研磨等を行うことによって実現されてもよい。
The surface of the insulating
次に、図4(d)に示すように、母基板101及び絶縁層103を切断して個片化する。これにより、配線基板7及び包囲部8が構成され、ひいては、発振器1が構成される。切断は、例えば、図4の左右方向に平行な不図示の回転軸回りに回転するダイシングブレード109によってなされる。より具体的には、例えば、絶縁層103及び振動子3の母基板101とは反対側の表面をダイシングテープ105によってテーブル107に貼り付け、第2主面37b側から切断する。
Next, as shown in FIG. 4D, the
以上のとおり、本実施形態では、発振器1は、第1主面37aに設けられた振動子用パッド41、及び、第2主面37bに設けられ、振動子用パッド41に接続された外部端子43を有する配線基板7と、配線基板7の開口部37hを覆うように振動子用パッド41に実装された振動子3と、開口部37h内に位置し、振動子3に実装された集積回路素子5と、振動子3の外周面、及び、第1主面37aのうちの振動子3の周囲部分に密着する絶縁材料からなる包囲部8と、を有している。
As described above, in the present embodiment, the
従って、例えば、振動子3のパッケージ(素子搭載部材11及び蓋部材13)と、配線基板7と、包囲部8との組み合わせによって、発振器1のパッケージを構成することができる。その結果、例えば、配線基板7の変更乃至は交換によって簡便に外部端子43の配置及び大きさを変更することができる。また、例えば、振動子及び集積回路素子の双方を配線基板に実装して発振器を構成する場合に比較して、開口部37hに集積回路素子5が収容されるので、小型化が図られる。
Therefore, for example, the package of the
さらに、包囲部8が振動子3の周囲において振動子3及び配線基板7に密着している(覆っている)ことから、例えば、発振器1の剛性を高くすることができる。その結果、例えば、外部から発振器1に応力が加わったときに、配線基板7と振動子3との接合部分に加えられる応力を小さくすることができる。ひいては、配線基板7と振動子3との接合状態の変化によって出力信号が変化するおそれを低減できる。すなわち、発振信号が安定する。また、配線基板7と振動子3との接合部分が包囲部8によって覆われて露出しないことから、この接合部分に塵や埃等の付着物が付着することが低減され、これによっても発振器1からの出力信号が安定する。集積回路素子5は、開口部37hに収容されており、また、外部端子43が設けられている第2主面37b側は包囲部8によって覆われない。すなわち、集積回路素子5は包囲部8によって覆われない。従って、例えば、集積回路素子5の熱は、包囲部8の内部に籠らず、第2主面37b側へ放熱される。その結果、例えば、集積回路素子5の熱が振動子3の周波数特性に影響を及ぼすことが抑制されると期待される。
Furthermore, since the surrounding
また、本実施形態では、振動子3の配線基板7とは反対側の表面が包囲部8から露出している。
In the present embodiment, the surface of the
従って、振動子3の一部(蓋部材13)をそのまま発振器1のパッケージの一部として利用して薄型化を図ることができる。また、包囲部8によって振動子3の周囲の強度を向上させる一方で、振動子3内の熱を蓋部材13から放出したり、蓋部材13にグランドを接続して電位を安定させたりすることができる。振動子3は、蓋部材13が露出するとともにその反対側は開口部37hに対向しているから、放熱又は加熱が容易であり、その一方で、包囲部8によって周囲の電子部品からの熱の影響を受けにくい。従って、温度制御が容易である。
Therefore, a part of the vibrator 3 (the lid member 13) can be used as it is as a part of the package of the
また、本実施形態では、振動子3の配線基板7とは反対側の表面と、包囲部8の配線基板7とは反対側の表面とが面一である。
In the present embodiment, the surface of the
従って、包囲部8による強度向上の効果を最大限に得つつ、上述した蓋部材13が露出することによる、薄型化、蓋部材13からの放熱、蓋部材13の電位の安定化等の効果を得ることができる。また、包囲部8は、蓋部材13の外周面と素子搭載部材11の外周面とに密着することになるから、これらの接合強度も向上する。本実施形態のように、蓋部材13が素子搭載部材11の枠部21bの外縁よりも内側に位置しているときには、包囲部8が枠部21bに対して配線基板7側へ係合するから、振動子3と配線基板7との接合状態がより好適に向上する。
Therefore, while obtaining the maximum strength improvement effect by the surrounding
また、本実施形態では、配線基板7は、平面視において振動子3よりも外側に、配線基板7を厚み方向に貫通する貫通孔37eと、貫通孔37eに設けられ、振動子用パッド41と外部端子43とを接続する接続導体45と、を有している。そして、包囲部8は、貫通孔37eを覆っている。
Further, in the present embodiment, the
従って、例えば、接続導体45は、包囲部8を設ける前提条件となる配線基板7の外周部分(振動子3よりも外側へ位置する部分)に設けられることになるから、接続導体45のために専用にスペースを確保する必要はなく、小型化が図られる。また、例えば、接続導体45が包囲部8によって覆われることにより、塵や埃が接続導体45に付着することが抑制され、発振器1から出力される信号が安定する。
Therefore, for example, the
また、本実施形態では、接続導体45が包囲部8と重なっているので、包囲部8を構成する絶縁材料が貫通孔37e内に入りこむこととなり、この結果、接続導体45の表面に包囲部8を構成する絶縁材料を設けることができ、接続導体45と貫通孔37eとの接続強度を高めることが可能となる。仮に、電子機器等の実装基板上に本実施形態の水晶発振器を実装した際に、配線基板7に応力が加わり、配線基板7が反った場合であっても、包囲部8を構成する絶縁材料により、接続導体45が貫通孔37eとの接続強度が高められているので、接続導体45が貫通孔37eの内面から剥がれることを抑えることができる。よって、本実施形態では、振動子用パッド41と外部端子43との導通不良を低減することができる。
In the present embodiment, since the connecting
また、本実施形態の発振器1の製造方法は、第1主面37aに設けられた振動子用パッド41、第2主面37bに設けられ、振動子用パッド41に接続された外部端子43、及び、厚み方向に貫通する開口部37hを有する配線基板7が多数個取りされる母基板101に、開口部37hを覆うように第1主面37aに実装される振動子3と、開口部37h内に位置し、振動子3に実装される集積回路素子5とを設けるステップ(図4(b))と、振動子3が設けられた母基板101において、第1主面37aに溶融状態の絶縁材料を供給して固化させ、第1主面37aのうちの振動子3の周囲部分、及び、振動子3の外周面に密着する絶縁層103を形成するステップ(図4(c))と、母基板101及び絶縁層103を第2主面37b側からダイシングブレード109によって切断して個片化するステップ(図4(d))とを有している。
In addition, the manufacturing method of the
ここで、本実施形態とは異なり、絶縁層103を設けない場合、振動子3の配線基板7とは反対側の表面をテーブル107によって支持して、第2主面37b側からダイシングブレード109によって母基板101を切断すると、配線基板7が撓んでしまう。このことから、絶縁層103を設けない場合においては、第1主面37a側から母基板101を切断しなければならない。第1主面37a側から母基板101をダイシングブレード109によって切断すると、切断の際に第2主面37b側に突出するバリが生じるおそれがある。このバリは、発振器の外側に突出することになるから、例えば、検査用のソケットに発振器1を配置したときに接触不良の原因となり、ひいては、生産性の低下を招く。
Here, unlike the present embodiment, when the insulating
しかし、本実施形態では、絶縁層103(包囲部8)が設けられていることから、振動子3の配線基板7とは反対側をテーブル107に支持させ、第2主面37b側から切断しても、配線基板7の撓みは抑制される。すなわち、そのような向きの切断が実現可能である。その結果、第2主面37b側に突出するバリの発生も抑制され、生産性が向上する。
However, in this embodiment, since the insulating layer 103 (enclosure 8) is provided, the side opposite to the
また、本実施形態では、絶縁層103を形成するステップにおいて、振動子3の配線基板7とは反対側の表面と、絶縁層103の配線基板7とは反対側の表面とが面一になるように絶縁層103が形成される。従って、上述した切断の際に配線基板7が撓むことが抑制される効果がより顕著に奏される。
In the present embodiment, in the step of forming the insulating
<第2実施形態>
図5は、第2実施形態に係る発振器201を示す、図1に相当する分解斜視図である。なお、第2実施形態に係る発振器の構成は、配線基板207の構成を除いては、第1実施形態に係る発振器1の構成と同様である。また、第2実施形態に係る配線基板207についても、特に断りがない事項については、第1実施形態の配線基板7と同様である。
Second Embodiment
FIG. 5 is an exploded perspective view corresponding to FIG. 1 and showing the
第2実施形態に係る配線基板207は、第1実施形態の配線基板7と同様に、開口部237h及び複数の貫通孔237eを有する絶縁基板237と、絶縁基板237の第1主面237aに設けられ、振動子3が実装される振動子用パッド241と、絶縁基板237の第2主面237bに設けられ、不図示の回路基板に接続される外部端子243と、貫通孔237eに設けられ、振動子用パッド241と外部端子243とを接続する接続導体245とを有している。
Similar to the
ただし、配線基板207は、例えば、以下の点において、第1実施形態の配線基板7と異なっている。まず、貫通孔237eは、平面視において、振動子用パッド241に対して開口部237h側に位置し、且つ、開口部237hと繋がっている。また、貫通孔237eは、振動子用パッド241と重なっており、接続導体245は、貫通孔237eの内周面に形成された部分が直接に振動子用パッド241と接続されている。
However, the
以上の第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が奏される。例えば、振動子3のパッケージ(素子搭載部材11及び蓋部材13)と、配線基板207と、包囲部8との組み合わせによって、発振器201のパッケージが構成されることから、パッケージが小型であり、また、設計変更が容易である。包囲部8によって、振動子3と配線基板207との接合状態が安定し、ひいては、発振器201から出力される信号が安定する。
Also in the second embodiment described above, the same effects as in the first embodiment are achieved. For example, since the package of the
また、第2実施形態では、接続導体245が包囲部8と重なっているので、包囲部8を構成する絶縁材料が貫通孔237e内に入りこむこととなり、この結果、接続導体245の表面に包囲部8を構成する絶縁材料を設けることができ、接続導体245と貫通孔237eとの接続強度を高めることが可能となる。仮に、電子機器等の実装基板上に第二実施形態の水晶発振器を実装した際、配線基板207に応力が加わり、配線基板207が反った場合であっても、包囲部8を構成する絶縁材料により、接続導体245が貫通孔237eとの接続強度を高められているので、接続導体245が貫通孔237eの内面から剥がれることを抑えることができる。よって、第2実施形態では、振動子用パッド241と外部端子243との導通不良を低減することができる。
In the second embodiment, since the connecting
また、第2実施形態では、アンダーフィル49を構成する熱硬化性樹脂と包囲部8を構成する絶縁部材とが、振動子3と配線基板207との間を介して接合されているので、集積回路素子5と振動子3との接合強度を向上させることができる。
In the second embodiment, since the thermosetting resin constituting the
以上の実施形態において、水晶発振器1は圧電デバイスの一例であり、水晶振動子3は圧電振動子の一例であり、集積回路素子5は電子素子の一例である。
In the above embodiment, the
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented in various aspects.
圧電デバイスは、振動子と発振回路とを有する発振器に限定されない。別の観点では、振動子に実装され、配線基板の開口部に収容される電子素子は、発振回路を含む集積回路素子に限定されない。例えば、圧電デバイスは、発振回路を有さず、狭義の振動子3と、適宜な電子素子と、を有する広義の振動子であってもよい。なお、この場合、素子搭載部材11において、振動素子9が搭載される1対の素子搭載パッド23は、電子素子用のパッド(実施形態ではIC用パッド26)ではなく、振動子端子25のいずれか2つに接続される。また、開口部には、例えば、サーミスタ及び/又はヒータが実装され、素子搭載部材11を介して振動子端子25に接続されてよい。また、圧電デバイスは、水晶を用いるものに限定されず、例えば、セラミックを用いるものであってもよい。
The piezoelectric device is not limited to an oscillator having a vibrator and an oscillation circuit. In another aspect, the electronic element mounted on the vibrator and accommodated in the opening of the wiring board is not limited to the integrated circuit element including the oscillation circuit. For example, the piezoelectric device does not have an oscillation circuit, and may be a broad-sense vibrator having a narrow-
圧電デバイスが発振器である場合において、その用途乃至は機能は適宜に設定されてよい。例えば、圧電発振器は、クロック用発振器であってもよいし、電圧制御型発振器(例えばVCXO)であってもよいし、温度補償型発振器(例えばTCXO)であってもよいし、恒温槽付発振器(例えばOCXO)の恒温槽内の発振器であってもよい。外部端子、振動子用パッド、振動子端子、IC用パッド及びIC端子の数及びその配置は、圧電発振器に要求される機能に応じて適宜に設定されてよい。 When the piezoelectric device is an oscillator, its use or function may be set as appropriate. For example, the piezoelectric oscillator may be a clock oscillator, a voltage controlled oscillator (for example, VCXO), a temperature compensated oscillator (for example, TCXO), or a thermostatic oscillator. It may be an oscillator in a constant temperature bath (for example, OCXO). The number and arrangement of external terminals, vibrator pads, vibrator terminals, IC pads, and IC terminals may be appropriately set according to functions required for the piezoelectric oscillator.
圧電振動子の具体的構成は、適宜に変更されてよい。例えば、圧電振動素子は、2本の振動腕を有する音叉型のものであってもよいし、矩形の平板状の対角線上に1対の引出電極が形成されるものであってもよい。また、例えば、素子搭載部材は、枠部が金属によって構成されるものであってもよい。 The specific configuration of the piezoelectric vibrator may be changed as appropriate. For example, the piezoelectric vibrating element may be of a tuning fork type having two vibrating arms, or a pair of extraction electrodes formed on a rectangular flat plate diagonal. For example, the element mounting member may have a frame portion made of metal.
配線基板は、主面だけでなく、内部に主面に平行な導体層を有していてもよい。また、配線基板は、平面視において振動子と概略同等の大きさを有する構成のものに限定されない。すなわち、配線基板は、振動子のパッケージとで、いわゆるH型のパッケージのような形状を構成するものに限定されない。例えば、配線基板は、比較的広い面積を有し、第1主面に振動子と並列に適宜な電子素子が実装されるものであってもよい。また、例えば、配線基板は、開口部を覆うように第2主面にヒータ等の電子部品が実装されるものであってもよい。 The wiring board may have not only the main surface but also a conductor layer parallel to the main surface inside. Further, the wiring board is not limited to a configuration having a size approximately equal to that of the vibrator in plan view. In other words, the wiring board is not limited to one that forms a shape like a so-called H-type package with the vibrator package. For example, the wiring board may have a relatively large area, and an appropriate electronic element may be mounted on the first main surface in parallel with the vibrator. For example, the wiring board may be one in which an electronic component such as a heater is mounted on the second main surface so as to cover the opening.
振動子用パッドと外部端子とを接続する接続導体の構成は、実施形態に示したものに限定されない。例えば、接続導体は、配線基板の外側に形成されたキャスタレーション(平面視における凹部)の内面に設けられた導体層であってもよいし、配線基板を貫通する貫通孔に充填された金属であってもよい。 The configuration of the connection conductor that connects the vibrator pad and the external terminal is not limited to that shown in the embodiment. For example, the connection conductor may be a conductor layer provided on the inner surface of a castellation (a recess in plan view) formed on the outside of the wiring board, or a metal filled in a through-hole penetrating the wiring board. There may be.
包囲部の構成は、実施形態に例示した構成に限定されない。例えば、包囲部は、振動子の配線基板とは反対側の表面を覆ってもよいし、包囲部の配線基板とは反対側の表面は、振動子の配線基板とは反対側の表面よりも低くてもよいし、包囲部の側面は、配線基板7の側面よりも内側に位置していてもよい。
The configuration of the surrounding portion is not limited to the configuration illustrated in the embodiment. For example, the surrounding portion may cover the surface on the opposite side of the wiring substrate of the vibrator, or the surface on the opposite side of the surrounding portion from the wiring substrate is more than the surface on the opposite side of the wiring substrate of the vibrator. The side surface of the surrounding part may be located inside the side surface of the
圧電デバイスの製造方法は、実施形態に例示した方法に限定されない。例えば、切断は、包囲部の配線基板とは反対側の表面側からなされてもよいし、ダイシングブレードによるものに限定されず、例えば、レーザーによってなされてもよい。 The method for manufacturing the piezoelectric device is not limited to the method exemplified in the embodiment. For example, the cutting may be performed from the surface side opposite to the wiring substrate of the surrounding portion, and is not limited to using a dicing blade, and may be performed using, for example, a laser.
1…水晶発振器(圧電デバイス)、3…水晶振動子(圧電振動子)、5…集積回路素子(電子素子)、7…配線基板、8…包囲部、37a…第1主面、37b…第2主面、37h…開口部、37e…貫通孔、41…振動子用パッド、43…外部端子。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記開口部を覆うように前記振動子用パッドに実装された圧電振動子と、
前記開口部内に位置し、前記圧電振動子に実装された電子素子と、
前記圧電振動子の外周面、及び、前記一方の主面のうちの前記圧電振動子の周囲部分に密着する絶縁材料からなる包囲部と、
を有した圧電デバイス。 A vibrator pad provided on one main surface, an external terminal provided on the other main surface connected to the vibrator pad, and a wiring board having an opening penetrating in the thickness direction;
A piezoelectric vibrator mounted on the vibrator pad so as to cover the opening;
An electronic element located in the opening and mounted on the piezoelectric vibrator;
An outer peripheral surface of the piezoelectric vibrator, and an enclosure portion made of an insulating material in close contact with a peripheral portion of the piezoelectric vibrator of the one main surface;
A piezoelectric device having
請求項1に記載の圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 1, wherein a surface of the piezoelectric vibrator opposite to the wiring board is exposed from the surrounding portion.
請求項2に記載の圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 2, wherein a surface of the piezoelectric vibrator opposite to the wiring substrate and a surface of the surrounding portion opposite to the wiring substrate are flush with each other.
前記包囲部は、前記貫通孔を覆っている
請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧電デバイス。 The wiring board is provided on the outer side of the piezoelectric vibrator in a plan view through the wiring board in the thickness direction, and is provided in the through hole to connect the vibrator pad and the external terminal. A connection conductor, and
The piezoelectric device according to claim 1, wherein the surrounding portion covers the through hole.
前記圧電振動子が設けられた前記母基板において、前記一方の主面に溶融状態の絶縁材料を供給して固化させ、前記一方の主面のうちの前記圧電振動子の周囲部分、及び、前記圧電振動子の外周面に密着する絶縁層を形成するステップと、
前記母基板及び前記絶縁層を前記他方の主面側からブレードによって切断して個片化するステップと、
を有した圧電デバイスの製造方法。 A large number of wiring boards having a vibrator pad provided on one main surface, an external terminal connected to the vibrator pad provided on the other main surface, and an opening penetrating in the thickness direction are obtained. A step of providing, on the mother board, a piezoelectric vibrator mounted on the one main surface so as to cover the opening, and an electronic element located in the opening and mounted on the piezoelectric vibrator;
In the mother substrate provided with the piezoelectric vibrator, a molten insulating material is supplied to the one main surface to be solidified, and the peripheral portion of the one main surface of the piezoelectric vibrator, and Forming an insulating layer in close contact with the outer peripheral surface of the piezoelectric vibrator;
Cutting the mother substrate and the insulating layer into pieces by cutting from the other main surface side with a blade;
Manufacturing method of piezoelectric device having
請求項5に記載の圧電デバイスの製造方法。 In the step of forming the insulating layer, the surface of the piezoelectric vibrator opposite to the wiring board and the surface of the insulating layer opposite to the wiring board are flush with each other. The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 5.
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