JP2021027445A - パッケージ及び圧電デバイス - Google Patents

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水沢 周一
Shuichi Mizusawa
周一 水沢
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Abstract

【課題】 画像認識しやすく、簡易な構造の圧電デバイス用のパッケージを提供する。【解決手段】 励振電極と該励振電極から引き出される一対の引出電極とを有する圧電振動片が載置されるパッケージ(80)である。パッケージ(80)は、平面視で四角形状であり、外部電極を形成した第1面(32)と、第1面とは反対側で引出電極と接続する一対の接続バンプ(33)及び接続バンプから伸びる一対の配線電極(35)を形成する第2面(31)とを有する、絶縁体からなる基板本体と、一対の配線電極の一部を覆う絶縁膜と、を備える。絶縁膜で覆われなかった一対の配線電極の一方は第1辺を有し、一対の配線電極の他方は第1辺と直交する第2辺を有する。【選択図】 図1

Description

本発明は、圧電振動片を搭載するパッケージ、及び該パッケージを使った圧電デバイスに関する。
セラミックパッケージのキャビティに圧電振動片を位置決めして搭載するために、パッケージの最上部の封止用メタライズ層または封止用金属リングを画像認識して位置決め基準にする方法がとられている。しかし、この方法ではパッケージを製造する際のセラミックシート間の積層ズレや、メタライズ層の印刷ズレや金属リングのズレ等によって、上記位置決め基準の位置精度が出ないため、圧電振動片の位置ズレ等が発生し、振動特性の不良等が発生する問題を有している。そこで、特許文献1に開示される発明は、パッケージの底面に形成される配線を特別な形状にして、画像認識できるようにしている。
特開平11−251839号公報
しかし、パッケージが小型化されるにつれて、さらに小さくなる配線を特別な形状に加工もしくは印刷することは、困難な作業である。また、小さな特別な形状の配線を画像認識することは、画像認識自体で誤差も生じることになる。
そこで、画像認識しやすく、簡易な構造のパッケージを提供する。
本実施形態は、励振電極と該励振電極から引き出される一対の引出電極とを有する圧電振動片が載置されるパッケージである。パッケージは、平面視で四角形状であり、外部電極を形成した第1面と、第1面とは反対側で引出電極と接続する一対の接続バンプ及び一対の接続バンプから伸びる一対の配線電極を形成する第2面とを有する、絶縁体からなる基板本体と、一対の配線電極の一部を覆う絶縁膜と、を備える。絶縁膜で覆われなかった一対の配線電極の一方は第1辺を有し、一対の配線電極の他方は第1辺と直交する第2辺を有する。
また別の実施形態のパッケージは、平面視で四角形状であり、外部電極を形成した第1面と、第1面とは反対側で引出電極と接続する一対の接続バンプ及び一対の接続バンプの少なくとも一方から伸びる配線電極を形成し且つパッケージのアース配線を形成する第2面とを有する、絶縁体からなる基板本体と、配線電極の一部及びアース配線の一部を覆う絶縁膜と、を備える。絶縁膜で覆われなかった一対の配線電極の一方は第1辺を有し、絶縁膜で覆われなかったアース配線は、第1辺と直交する第2辺を有する。
また別の実施形態のパッケージは、平面視で四角形状であり、外部電極を形成した第1面と、第1面とは反対側で引出電極と接続する一対の接続バンプ及び少なくとも接続バンプの少なくとも一方から外部電極まで伸びる配線電極を形成し且つパッケージのアース配線を形成する第2面とを有する、絶縁体からなる基板本体と、配線電極及びアース配線の一部を覆う絶縁膜と、を備える。絶縁膜で覆われなかったアース配線は、第1辺と該第1辺と直交する第2辺を有する。
これら実施形態の接続バンプ及び配線電極は、メタライズ層とメッキ層とを含む。また絶縁膜で覆われなかった一対の配線電極の一方は、第2面と向かい合う圧電振動片の励振電極と導通する。また実施形態の圧電デバイスは、上記実施形態のパッケージと、一対の前記接続バンプに載置される圧電振動片と、圧電振動片を覆うようにパッケージに載置される金属キャップと、を備えてもよい。
本発明のパッケージは、互いに離れた第1辺と第2辺とを画像認識できるため、接続パッドの位置を正確に特定することができる。また、パッケージを作成する工程は同じであり、新たに特別な工程を設ける必要もないのでコスト高を招くことがない。
第1実施形態のセラミックパッケージ80を、複数の層に分けて描いた斜視図である。 (a)はセラミックパッケージ80の平面図である。 (b)は図2(a)のA−A断面図である。 (a)は圧電振動片40の平面図である。 (b)は、図3(a)のA−A断面図である。 (a)は第2実施形態のセラミックパッケージ80aの平面図である。 (b)は第3実施形態のセラミックパッケージ80bの平面図である。 (a)は第4実施形態のセラミックパッケージ80cの平面図である。 (b)は第5実施形態のセラミックパッケージ80dの平面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあり、大きさ、角度又は厚み等は誇張して描いている。また説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。
[第1実施形態]
<セラミックパッケージの構成>
まず、第1実施形態のセラミックパッケージについて説明する。図1はセラミックパッケージ80を理解のため、複数の層に分けて描いた図である。図1に示されるように、本実施形態のセラミックパッケージ80は、例えば圧電振動子の容器(圧電振動子パッケージ)として用いられるものである。この圧電振動子は、セラミックパッケージ80の凹部(キャビティ)内に、圧電振動片40(図3を参照)を収容し、金属キャップCAで密閉されたものである。
セラミックパッケージ80は、例えばアルミナからなり、図1に示されるように、セラミックパッケージ80の底部を構成する四角形状、この場合は長方形の下部セラミック板30と、下部セラミック板30上に形成された枠状の上部セラミック板10とが積層されて形成される。上部セラミック板10は、セラミックパッケージ80のキャビティの周囲を囲む内壁15を形成する。
上部セラミック板10は、短辺(X軸方向)と長辺(Y軸方向)とからなる四角形状の枠体であり上面11とその反対の下面12とを有する。セラミックパッケージ80の表面となる上面11には、表面導体層17が形成されている。この表面導体層17は、例えばタングステン(W)からなるメタライズ層の上に、ニッケルメッキ層が形成され、更にニッケルメッキ層の上に金メッキ層が形成されたものである。この表面導体層17の金メッキ層の上に、コバール等の金属キャップCAが溶着される。また枠体の長辺の内壁15の一部に内壁導体層18が形成される。この内壁導体層18も、タングステン(W)からなるメタライズ層の上に、ニッケルメッキ層が形成され、更にニッケルメッキ層の上に金メッキ層が形成されたものである。内壁導体層18は表面導体層17に導通し、さらに金属キャップCAに導通する。
下部セラミック板30は、短辺(X軸方向)と長辺(Y軸方向)とからなる四角形状の平板であり上面31とその反対の下面32とを有する。下部セラミック板30の上面31には、一対の接続バンプ33(33p,33q)が形成されている。一対の接続バンプ33は、上(Z軸方向)から見て円形状でも矩形状でもよい。一方の接続バンプ33pは、下部セラミック板30の長辺(Y軸方向)に平行に伸びる配線電極35を有している。配線電極35の端部は例えば配線電極35の幅(X軸方向)よりも大きな直径を有する円形状に形成されてもよい。その円形状の位置に上面31から下面32まで貫通するビア配線38が形成される。他方の接続バンプ33qは、そこに上面31から下面32まで貫通するビア配線38が形成される。
また下部セラミック板30の上面31には、アース用配線37が形成されている。アース用配線37は少なくとも下部セラミック板30の短辺(X軸方向)に平行に伸びる辺を有している。図1では、アース用配線37は上(Z軸方向)から見て矩形状であるがX軸方向)に平行に伸びる辺を有する半円状であってもよい。またアース用配線37はビア配線38が形成される。アース用配線37は内壁導体層18に導通しているため、表面導体層17にも導通している。
一対の接続バンプ33、配線電極35及びアース用配線37は、例えばタングステン(W)からなるメタライズ層の上に、ニッケルメッキ層が形成され、更にニッケルメッキ層の上に金メッキ層が形成されたものである。配線電極35及びアース用配線37は、その表面の一部がアルミナ等からなる絶縁層36で覆われている。つまり、セラミックパッケージ80を表側から見た場合、一対の接続バンプ33が露出するとともに、配線電極35及びアース用配線37の一部が露出している。例えば配線電極35のY軸方向の辺39Yが露出しており、アース用配線37のX軸方向の辺39Xが露出している。絶縁層36は、配線電極35及びアース用配線37が他の不要な導電体と接触しないために設けられている。図1では、絶縁層36と配線電極35及びアース用配線37との位置関係が理解できるように絶縁層36が半透明に描かれている。
下部セラミック板30の下面32の外周部には、タングステン等のような高融点金属とその上に形成された好適なメッキ層とからなる外部電極34が複数個、例えば4個設けられている。これらの外部電極34は、圧電振動子を図示しないプリント基板上に実装する際に対して接合される。また、これら複数の外部電極34は、それぞれビア配線38と導通している。このため、一対の接続バンプ33は一対の外部電極34に導通し、アース用配線37も別の外部電極34に導通する。
本実施形態では説明しないが、最終製品が圧電発振器の場合には、ICチップ等が、下部セラミック板30の表面31に配置されてもよい。すなわち接続バンプ33に接続される圧電振動片40の下側(―Z軸側)で、ICチップ等が下部セラミック板30の中央部分に形成されたパターン(図示せず)に接続されてもよい。
次に図2を使ってセラミックパッケージ80又は圧電振動子100を説明する。図2(a)は上からキャビティを見たセラミックパッケージ80の平面図であり、図2(b)は図2(a)のA−A断面図である。図2(a)では、図1と異なり、一対の接続バンプ33に導電性接着剤EBが塗布された状態が描かれている。図2(a)でも、絶縁層36と配線電極35及びアース用配線37との位置関係が理解できるように絶縁層36が半透明に描かれている。また図2(b)では、圧電振動片40が導電性接着剤EBによって一対の接続バンプ33に載置され、さらに金属キャップCAが表面導体層17に接合された圧電振動子100が描かれている。
一対の接続バンプ33(33p,33q)、配線電極35及びアース用配線37は、下部セラミック板30の上面31に、例えばスクリーン印刷等の手法で一回の塗布でメタライズ層が形成される。このため、一対の接続バンプ33(33p、33q)の位置と配線電極35及びアース用配線37の位置とはほとんど位置ずれすることがない。
一対の接続バンプ33(33p,33q)、配線電極35及びアース用配線37が形成された後に、絶縁層36が例えばスクリーン印刷等の手法で一回の塗布で、切り欠けのある矩形形状に形成される。図2(a)に示されるように、絶縁層36は、配線電極35のY軸方向に伸びる一方の辺39Yが見えるように一部が−X軸方向に切り欠かれて形成される。また絶縁層36は、アース用配線37のX軸方向に伸びる一方の辺39Xが見えるように形成される。配線電極35の辺39Yの長さは画像認識しやすい長さであることが好ましい。アース用配線37の辺39Xの長さも画像認識しやすい長さであることが好ましい。仮にアース用配線37の辺39Xが画像認識しにくいのであれば、アース用配線37のX軸方向の長さを大きくしてもよい。
パッケージ80のキャビティ内に圧電振動片40を位置決めして搭載する際には、一対の接続バンプ33(33p,33q)の中央に導電性接着剤EBが塗布される。塗布された導電性接着剤EBの量によって、接続バンプ33が見えなくなってしまったり、塗布された導電性接着剤EBが接続バンプ33の中央から外れて接続バンプ33の一部が見えなくなってしまったりする。そのような場合、カメラで接続バンプ33を画像認識することが困難になる。一方、本実施形態の場合は、絶縁層36は配線電極35及びアース用配線37をすべて覆うのではなく、配線電極35及びアース用配線37のY軸方向の辺39Y及びX軸方向の辺39Xがカメラで観察できるようにしている。
図2(a)に示されるように、それぞれの接続バンプ33p,33qの中央とY軸方向の辺39Y及びX軸方向の辺39Xとの関係は、スクリーン印刷等で接続バンプ33、配線電極35及びアース用配線37が形成される時点で予め定められている。X軸方向に関しては、Y軸方向の辺39Yから一方の接続バンプ33pの中央までは距離LX1であり、Y軸方向の辺39Yから他方の接続バンプ33qの中央までは距離LX2である。Y軸方向に関しては、X軸方向の辺39Xから両方の接続バンプ33p及び33qの中央までは距離LY1である。このため、カメラがY軸方向の辺39Y及びX軸方向の辺39Xを画像認識できれば、誤差を生じることなく、導電性接着剤EBが塗布された一対の接続バンプ33に圧電振動片を位置決めして搭載することができる。下部セラミック板30と絶縁層36とが同じ材料(例えばアルミナなど)であれば同じ色であり、金メッキ層である辺39Y及びX軸方向の辺39Xの色との差異が大きく、画像処理しやすい。
<圧電振動片の構成>
図3(a)は、第1実施形態の圧電振動片40の平面図であり、図3(b)は、図3(a)のA−A断面図である。圧電振動片40は励振電極41と引出電極43とを有している。圧電振動片40は長辺がY軸方向に伸び、短辺がX軸方向に伸びる四角形状の平板状に形成されている。
圧電振動片40の主面表裏(+Z軸側の各面)にはそれぞれ励振電極41が形成されている。各励振電極41は同形状でありZ軸方向に互いに重なるように形成されている。励振電極41は長軸がY軸方向に伸び、短軸がX軸方向に伸びる四角形状又は図示しない楕円形状に形成されており、各励振電極41からは、圧電振動片40のY軸側の辺の両端にそれぞれ引出電極43が引き出されている。引出電極43は接続バンプ25に導電性接着剤EBで接着される。図3に描かれた圧電振動片40が図2(b)に描かれているように、一対の接続バンプ33(33p,33q)に載置されると、一対の励振電極41と接続バンプ33が導通し、外部電極34にも導通する。配線電極35は、上面31と向かい合う圧電振動片40の励振電極41と同電位になるので、圧電振動子100が不要な容量を有することもない。
圧電振動片40がATカット又はSCカット等の水晶振動片である場合、電位が加えられて振動する振動周波数は水晶片の厚さに反比例するため、その厚さは圧電振動片40の振動周波数に応じて決められる。主振動を閉じ込めるため、振動片はY軸方向の一端側及び他端側は薄く形成されている。圧電振動片40は、ATカット圧電振動片以外にも、音叉型の圧電振動片等の他の振動モードの振動片であっても良い。
[第2実施形態から第5実施形態]
<セラミックパッケージの構成>
第2実施形態から第5実施形態のセラミックパッケージについて説明する。図4(a)は上からキャビティを見た第2実施形態のセラミックパッケージ80aの平面図であり、図4(b)は上からキャビティを見た第3実施形態のセラミックパッケージ80bの平面図である。図5(a)は上からキャビティを見た第4実施形態のセラミックパッケージ80cの平面図であり、図5(b)は上からキャビティを見た第5実施形態のセラミックパッケージ80dの平面図である。第2実施形態から第5実施形態のセラミックパッケージも、第1実施形態と同様に、圧電振動子又は圧電発振器に使用されるものである。また図4及び図5において、同じ構成部材については同一の番号を付している。
図4(a)で示される第2実施形態のセラミックパッケージ80aは、図2(a)で示される第1実施形態のセラミックパッケージ80と異なる点は2点ある。1点目は、配線電極35aの形状が配線電極35と異なる点であり、2点目は、絶縁層36aの形状が絶縁層36と異なる点である。接続バンプ33pからY軸方向に伸びる配線電極35aは、途中でX軸方向に幅広く形成されており、その幅広い箇所はY軸に平行な辺39Yを有している。絶縁層36aは四角形状に形成されており、配線電極35aの幅広い箇所の辺39Yとアース用配線37の辺39Xとを除き、配線電極35a及びアース用配線37を覆っている。
X軸方向に関しては、Y軸方向の辺39Yから一方の接続バンプ33pの中央までは距離LX3であり、Y軸方向の辺39Yから他方の接続バンプ33qの中央までは距離LX4である。Y軸方向に関しては、X軸方向の辺39Xから両方の接続バンプ33p及び33qの中央までは距離LY1である。このため、カメラがY軸方向の辺39Y及びX軸方向の辺39Xを画像認識できれば、誤差を生じることなく、導電性接着剤EBが塗布された一対の接続バンプ33に圧電振動片を位置決めして搭載することができる。
図4(b)で示される第3実施形態のセラミックパッケージ80bは、図2(a)で示される第1実施形態のセラミックパッケージ80と異なる点は2点ある。1点目は、アース用配線37bの形状がアース用配線37と異なる点であり、2点目は、絶縁層36bの形状が絶縁層36と異なる点である。アース用配線37bは矩形形状に形成されY軸に平行な辺39YとX軸に平行な辺39Xとを有している。絶縁層36bは全体として四角形状に形成されているが、アース用配線37bの辺39Yが見えるように切り欠かれている。また、絶縁層36bはアース用配線37の辺39Xが見える大きさで形成されている。
X軸方向に関しては、Y軸方向の辺39Yから一方の接続バンプ33pの中央までは距離LX5であり、Y軸方向の辺39Yから他方の接続バンプ33qの中央までは距離LX6である。Y軸方向に関しては、X軸方向の辺39Xから両方の接続バンプ33p及び33qの中央までは距離LY2である。
図5(a)で示される第4実施形態のセラミックパッケージ80cは、図2(a)で示される第1実施形態のセラミックパッケージ80と異なる点は2点ある。1点目は、配線電極35cの形状が配線電極35と異なる点であり、2点目は、絶縁層36aの形状が絶縁層36と異なる点である。接続バンプ33pからY軸方向に伸びる配線電極35cは、ビア配線38の周りでX軸に平行な辺39XとY軸に平行な辺39Yとを有している。絶縁層36aは第2実施形態と同様に四角形状に形成されており、配線電極35cのビア配線38の周辺の辺39X及び辺39Yとアース用配線37の辺39Xとを除き、配線電極35c及びアース用配線37を覆っている。
X軸方向に関しては、Y軸方向の辺39Yから一方の接続バンプ33pの中央までは距離LX7であり、Y軸方向の辺39Yから他方の接続バンプ33qの中央までは距離LX8である。Y軸方向に関しては、X軸方向の辺39Xから両方の接続バンプ33p及び33qの中央までは距離LY1である。この際に、配線電極35cの辺39X及びアース用配線37の辺39XがY軸方向に異なる場合には平均値を使用してもよい。
図5(b)で示される第5実施形態のセラミックパッケージ80dは、図2(a)で示される第1実施形態のセラミックパッケージ80と異なる点は4点ある。1点目は、アース用配線37dの形状がアース用配線37と異なる点であり、アース用配線37dはアース用配線37より小さい面積で形成され絶縁層36aでY軸方向の辺が隠れている。2点目は、接続バンプ33pから伸びる配線電極35dが、ビア配線38の周りでX軸に平行な辺39Xを有している。3点目は、接続バンプ33qからビア配線38の位置が−Y軸方向に移動し、接続バンプ33qから伸びる配線電極35eが形成されるとともに、その配線電極35eの周りにY軸に平行な辺39Yを有している。4点目は、絶縁層36aの形状が絶縁層36と異なり、第2実施形態と同様に四角形状に形成される点である。
X軸方向に関しては、配線電極35eの辺39Yから一方の接続バンプ33pの中央までは距離LX10であり、Y軸方向の辺39Yから他方の接続バンプ33qの中央までは距離LX9である。Y軸方向に関しては、X軸方向の辺39Xから両方の接続バンプ33p及び33qの中央までは距離LY1である。
第1実施形態から第5実施形態まで説明したが、例えば第2実施形態のセラミックパッケージ80aに、第5実施形態で開示した接続バンプ33qから伸びる配線電極35eを提供しても良いし、例えば第3実施形態のセラミックパッケージ80bに、第5実施形態で開示した接続バンプ33qから伸びる配線電極35eを提供しても良い。このように第1実施形態から第5実施形態を、適宜組み合わせても良い。また、上述の実施形態では、パッケージは平面視で長方形で説明していたが、平面視で正方形状の場合があっても良い。
10:上部セラミック板
11:上面 12:下面 15:内壁
17:表面導体層 18:内壁導体層
30:下部セラミック板
31:上面 32:下面 33(33p、33q):接続バンプ
34:外部電極
35(35a、35b,35c,35d,35e):配線電極
36(36a):絶縁層 38:ビア配線、
40:圧電振動片 41:励振電極 43:引出電極
80:セラミックパッケージ
CA:金属キャップ EB:導電接着剤

Claims (6)

  1. 励振電極と該励振電極から引き出される一対の引出電極とを有する圧電振動片が載置されるパッケージであって、
    平面視で四角形状であり、外部電極を形成した第1面と、前記第1面とは反対側で前記引出電極と接続する一対の接続バンプ及び前記接続バンプから伸びる一対の配線電極を形成する第2面とを有する、絶縁体からなる基板本体と、
    一対の前記配線電極の一部を覆う絶縁膜と、を備え、
    前記絶縁膜で覆われなかった一対の前記配線電極の一方は第1辺を有し、一対の前記配線電極の他方は、前記第1辺と直交する第2辺を有するパッケージ。
  2. 励振電極と該励振電極から引き出される一対の引出電極とを有する圧電振動片が載置されるパッケージであって、
    平面視で四角形状であり、外部電極を形成した第1面と、前記第1面とは反対側で前記引出電極と接続する一対の接続バンプ及び前記一対の接続バンプの少なくとも一方から伸びる配線電極を形成し且つ前記パッケージのアース配線を形成する第2面とを有する、絶縁体からなる基板本体と、
    前記配線電極の一部及び前記アース配線の一部を覆う絶縁膜と、を備え、
    前記絶縁膜で覆われなかった一対の前記配線電極の一方は第1辺を有し、前記絶縁膜で覆われなかった前記アース配線は、前記第1辺と直交する第2辺を有するパッケージ。
  3. 励振電極と該励振電極から引き出される一対の引出電極とを有する圧電振動片が載置されるパッケージであって、
    平面視で四角形状であり、外部電極を形成した第1面と、前記第1面とは反対側で前記引出電極と接続する一対の接続バンプ及び前記一対の接続バンプの少なくとも一方から伸びる配線電極を形成し且つ前記パッケージのアース配線を形成する第2面とを有する、絶縁体からなる基板本体と、
    前記配線電極及び前記アース配線の一部を覆う絶縁膜と、を備え、
    前記絶縁膜で覆われなかった前記アース配線は、第1辺と該第1辺と直交する第2辺を有するパッケージ。
  4. 前記接続バンプ及び前記配線電極は、メタライズ層とメッキ層とを含む請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のパッケージ。
  5. 前記絶縁膜で覆われなかった一対の前記配線電極の一方は、前記第2面と向かい合う前記圧電振動片の励振電極と導通する請求項1又は請求項2に記載のパッケージ。
  6. 請求項1から請求項5のいずれか一項のパッケージと、
    一対の前記接続バンプに載置される圧電振動片と、
    前記圧電振動片を覆うように、前記パッケージに載置される金属キャップと、
    を備える圧電デバイス。
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