JP3982441B2 - 圧電デバイス - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に使用される圧電デバイスに係り、特に圧電振動片を収容したパッケージの底部に気密封止用の封止孔を有する圧電デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
圧電振動子などの圧電デバイスは、電子機器の小型化および薄型化に伴い、小型、薄型化が要求されている。このため、近年は、表面実装型の圧電デバイスが開発されている。また、圧電デバイスは、圧電振動片の空気による振動の影響を避けるため、圧電振動片を収納したパッケージの内部を真空にして封止したものがある。従来、パッケージを真空封止する場合、パッケージの底部中央部に封止孔を設け、この封止孔に配置した金属ボールを溶融して封止するようにしている(例えば、特許文献1)。図5は、パッケージが真空封止される従来の圧電デバイスの一例である圧電振動子を示したものである。
【0003】
この圧電振動子10は、図5(1)に示したように、圧電振動片12と、この圧電振動片12を収容したパッケージ14とから構成してある。圧電振動片12は、水晶などの圧電材料によって平板状に形成してある。そして、圧電振動片12は、上下面の中央部に、例えば金(Au)とクロム(Cr)との金属薄膜からなる励振電極12a、12bを有している。一方、パッケージ14は、ベース部16とリッド18とを有している。ベース部16は、絶縁材であるセラミックシートからなる第1ベースシート20と第2ベースシート22およびフレーム材24を、この順に積層して箱状に形成してある。そして、圧電振動片12は、ベース部16の形成するキャビティ(収容空間)26内に収容してある。
【0004】
すなわち、第2ベースシート22の上面には、マウント電極28が設けてあって、このマウント電極28に圧電振動片12が導電性接着剤30により片持ち梁状に固着される。そして、ベース部16の上端面には、リッド18が低融点ガラスなどの封止材32により気密に接合してある。リッド18は、ガラスやセラミックまたは金属板などから形成してある。
【0005】
第1ベースシート20と第2ベースシート22とには、封止孔34、36が同心に形成してある。これらの封止孔34、36は、同図(2)に示したように、ベース部16の底部、すなわち第1ベースシート20と第2ベースシート22との中央部に形成してある。また、第2ベースシート22に設けた封止孔36は、第1ベースシート20に設けた封止孔34より小径に形成してある。これは、小径の封止孔36が大径の封止孔34の内部に配置された封止用金属ボール(図示せず)の受部の役割をなし、金属ボールがパッケージ14の内部へ落下するのを防止するためである。そして、封止孔34内に配置された金属ボールは、レーザによって溶融され、図5(1)に示したように、封止孔34、36を気密に封止する封止材38となる。なお、第1ベースシート20には、外面である下面の四隅のそれぞれに外部電極40が設けてある。これらの外部電極40は、圧電振動子10を図示しない基板に実装するためのものである。
【0006】
このようになっている圧電振動子10は、パッケージ14の内部を次のようにして真空封止する。まず、ベース部16に設けたマウント電極28に、圧電振動片12を片持ち梁状に導電性接着剤30によって固着する。その後、圧電振動片12の周波数の微調整を行なったのち、ベース部16の上端に封止材32によりリッド18を気密に接合する。次に、圧電振動片12を収容したパッケージ14を、第1ベースシート20が上となるように真空チャンバ内に配置し、封止孔34内に配置した金属ボール(封止材38)を溶融し、封止材38を封止孔34、36の壁面に溶着させて封止孔34、36を気密に封止する。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−76815号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の真空封止する圧電振動子10は、封止孔34がパッケージ14の底部中央部に設けられ、封止孔34に配置した金属ボール(封止材38)を溶融してパッケージ14を封止するようにしている。このため、封止孔34に配置した封止用金属ボールがパッケージ14のキャビティ26内に落下するのを防止する必要がある。そして、従来のパッケージ14は、底部を第1ベースシート20と第2ベースシート22とによって構成するとともに、第2ベースシート22に第1ベースシート20の封止孔34より小径の封止孔36を設け、この小径の封止孔36を金属ボールの受部としている。したがって、従来のパッケージ14は、底部を2枚のベースシート20、22によって構成する必要があり、パッケージ14、すなわち圧電振動子10の薄型化を困難にしている。
【0009】
また、従来の圧電振動子10は、封止孔34、36がパッケージ14の底部中央に設けてある。したがって、封止孔36は、圧電振動片12の励振電極12bの中央部に対面して形成されることになる。このため、封止孔34、36を封止する際に、封止用金属ボールを溶融したときに発生したガスなどのスプラッシュが、封止孔36を介してパッケージ14内に侵入し、励振電極12bに付着する。この結果、圧電振動子10は、周波数調整した圧電振動片12の発振周波数が変化し、発振周波数のばらつきの原因となり、高性能な圧電振動子とすることが困難となる。
【0010】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、圧電デバイスの薄型化を図ることを目的としている。
また、本発明は、真空封止の際の生ずる周波数変動をなくすことを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る圧電デバイスは、圧電振動片を収容したパッケージの底部に設けられた封止孔を、金属ボールを溶融して封止した圧電デバイスであって、前記パッケージは、ベース部が底部を形成する平板状のベースシートと、前記ベースシートに積層されて前記圧電振動片の収容空間を形成するフレーム材とからなり、前記封止孔は、前記フレーム材の内縁部と対応した位置において前記ベースシートを貫通して形成され、開口部の一部が前記フレーム材によって塞がれている、ことを特徴としている。
【0012】
このようになっている本発明は、フレーム材がベースシートに貫通して形成した封止孔の開口部の一部を塞いでいるため、この部分を封止用金属ボールの受部として使用することができる。したがって、本発明においては、パッケージの底部に大径の封止孔と、金属ボールを受けるための小径の封止孔との2つの封止孔を形成する必要がない。このため、パッケージの底部を1枚のベースシートによって構成することができ、パッケージの薄型化、すなわち圧電デバイスの薄型化を図ることができる。また、本発明の圧電デバイスは、封止孔が枠部の内縁部と対応した位置に形成される。すなわち、封止孔は、圧電振動片の励振電極から離れた位置に形成されるため、金属ボールを溶融した際に生ずるスプラッシュの影響を大幅に低減することができる。したがって、本発明は、圧電振動片の振動特性に影響を与えることを避けることができ、周波数調整した発振周波数の変化を防ぐことができ、高性能な圧電デバイスが得られる。
【0013】
ベースシートは、圧電振動片を固着するマウント部が一側に形成され、封止孔が他側に形成するとよい。これにより、マウント部の形成に支障がなく、また封止孔を封止した封止材とマウント部とがショートするおそれがない。封止孔は、フレーム材の隅部と対応した位置に形成することができる。このように、封止孔をフレーム材の隅部に形成すると、励振電極と封止孔との距離を一層大きくすることができ、スプラッシュの影響をより低減することができる。また、封止孔は、ベースシートの外面に形成されたグランド用の外部電極と対応した位置に形成することができる。これにより、圧電デバイスを基板に実装したときに、位置ずれが生じたとしても基板に設けた回路と封止孔内に存在する金属封止材との間でショートするのを避けることができる。
【0014】
また、前記ベースシートは、外面の四隅部のそれぞれに基板実装用の外部電極が設けられ、前記圧電振動片は、隣接する一対の前記外部電極に電気的に接続され、前記封止孔は、他の一対の前記外部電極側に設けることができる。これにより、グランド用の外部電極またはダミー電極となる側に封止孔が形成されるため、基板に設けた回路と金属封止材との間のショートを防止することができる。しかも、圧電振動片を電気的に接続した一対の外部電極が隣接しているため、これらの外部電極を基板に設けた発振回路用ICの近くに配置でき、基板に形成する配線パターンの引き回しを避けることができて実質的な実装面積を小さくすることができる。
【0015】
フレーム材の封止孔の一部を塞いでいる部分と封止孔の壁面とには、金属膜を設けることが望ましい。これにより、封止孔に配置した封止用金属ボール(封止材)を溶融したときに、封止材を封止孔の壁面やフレーム材の封止孔を塞いでいる部分に良好に溶着させることができ、また溶融された封止材がパッケージ内に垂れ込むのを防止することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧電デバイスである圧電振動子の説明図であって、(1)はリッドを除いた平面図、(2)は(1)のA−A線に沿った断面図、(3)は底面図である
【0017】
第1実施形態に係る圧電振動子50は、図1(2)に示したように、圧電振動片52と、この圧電振動片52を収容したパッケージ60とから構成してある。圧電振動片52は、水晶などの圧電材料から形成してあり、実施形態の場合、ATカット水晶板からなっている。そして、圧電振動片52は、上下面の中央部に励振電極54(54a、54b)が形成してある。また、圧電振動片52は、水晶のX軸方向となる長手方向の一側に接続電極56(56a、56b)が形成してある。接続電極56a、56bは、それぞれが圧電振動片52の上下面に連続するように形成してある。さらに、接続電極56は、対応する励振電極54と一体に形成してある。これらの電極は、例えばAuとCrとの2層の金属薄膜によって形成してある。
【0018】
パッケージ60は、ベース部62とリッド64とを主な構成要素としている。ベース部62は、パッケージ60の底部を形成する一枚の平板状のベースシート66と、圧電振動片52を収容するキャビティ(収容空間)70を形成するフレーム材68とからなっている。このベース部62は、絶縁材料であるセラミックシートからなるベースシート66とフレーム材68とを積層したのち、焼結することにより箱状に形成してある。そして、ベースシート66は、長手方向一側の上面に、圧電振動片52を固着するためのマウント部である一対のマウント電極72(72a、72b)が設けてあり、他側に封止孔74が形成してある。マウント電極72には、導電性接着剤76により圧電振動片52が固着され、圧電振動片52の接続電極56が電気的に接続される。
【0019】
封止孔74は、フレーム材68の内縁部と対応した位置においてベースシート66を貫通して形成してあって、開口部の一部がフレーム材68によって塞がれている(図1(2)参照)。また、封止孔74は、この実施形態の場合、パッケージ60の短辺の中央部に形成してある。このため、封止孔74は、図1(3)に示したように、ベースシート66の下面(外面)の四隅に設けられた外部電極80(80a〜80d)の、一対の外部電極80c、80dの中間に位置している。
【0020】
フレーム材68の封止孔74の開口部を塞いでいる部分は、封止孔74内に配置した封止用金属ボール82の受部となっていて、金属ボール82がキャビティ70内に落下するのを防止する。そして、封止孔74は、実施形態の場合、開口の約半分がフレーム材68によって塞がれる位置に形成してあり、金属ボール82がフレーム材68によって確実に止められるようにしてある。そして、封止孔74の壁面と、フレーム材68の封止孔74に露出した部分(開口部を塞いでいる部分)とには、金属ボール82の溶着を容易、確実に行なえるように金属膜84(84a、84b)が設けてある。この金属膜84は、実施形態の場合、タングステン(W)上にニッケル(Ni)、金(Au)がメッキしてある。また、金属ボール82は、例えばAu−SnまたはAu−Geなどの合金から形成してある。
【0021】
また、封止孔74の壁面に設けた金属膜84aは、図2のようにして形成することできる。まず、図2(1)に示したように、封止孔74を形成したベースシート66に、封止孔74を覆ってペースト状のタングステン86をスクリーン印刷する。次に、同図(2)の矢印87に示したように、タングステン86を設けた側と反対側(図2の下側)から封止孔74を吸引する。これにより、タングステン86の膜は、封止孔74を覆っていた部分が破れて封止孔74の壁面に密着する。その後、タングステン86を焼成し、さらにNiとAuとをタングステン86の上に順次メッキする。
【0022】
一方、リッド64は、平板状のガラスやセラミック、金属などから形成してある。このリッド64は、圧電振動片52をパッケージ60のキャビティ70内のマウント電極72に固着したのち、低融点ガラスなどの封止材89によって、ベース部62の上端面に気密に接合される。
【0023】
なお、圧電振動片52は、図1(3)に示したように、一対の励振電極54が接続電極56、マウント電極72を介して、ベースシート66の対角位置にある外部電極80a、80cに電気的に接続される。また、リッド64が金属によって形成されている場合、外部電極80b、80dのいずれか一方または両方が基板のグランド電位に接続されるとともに、リッド64がグランド電位に接続される外部電極に電気的に接続される。これにより、リッド64が電磁シールドの役割をなし、外部からのノイズによる周波数変動を避けることができる。なお、図1(2)においては、外部電極80が省略してある。
【0024】
このようになっている圧電振動子50は、封止孔74の開口部の一部を塞いでいるフレーム材68が金属ボール82の受部の役割をするため、従来のように2枚のベースシートのよってパッケージ60の底部を形成する必要がない。すなわち、圧電振動子50は、パッケージ60の底部が1枚のベースシート66によって形成されているため、薄型化を図ることができる。また、圧電振動子50は、封止孔74が励振電極54bから遠い位置に設けられているため、パッケージ60を真空封止するために、金属ボール82を溶融した際に発生するガスなどのスプラッシュの影響を小さくすることができる。このため、圧電振動子50は、周波数調整された圧電振動片52の発振周波数が、真空封止によってほとんど変化することがない。したがって、発振周波数のばらつきを小さくすることができ、高性能な圧電振動子とすることができる。さらに、圧電振動子50は、封止孔74がマウント電極72を設けた側と反対側に形成してあるため、マウント電極72の形成に影響を与えることがなく、またマウント電極72と封止孔74内の存在する金属封止材とがショートするおそれがない。
【0025】
図3は、第2実施形態の説明図であって、(1)はベース部の平面図、(2)はベース部の底面図である。この実施形態に係るベース部62aは、ベースシート66とフレーム材68とを積層して形成してある。そして、ベースシート66には、封止孔90が設けてある。この封止孔90は、図3(1)に示したように、フレーム材68の隅部と対応した位置に形成してあって、開口部の一部がフレーム材68によって塞がれている。また、封止孔90は、ベースシート66の長手方向において、マウント電極72を設けた側と反対側に形成してあり、同図(2)に示したように、グランド用の外部電極80dと対応した位置に形成してある。そして、封止孔90の壁面と、フレーム材68の封止孔90の開口部を塞いでいる部分とには、本図に図示しない金属膜が設けてある。
【0026】
このようになっているベース部62aにおいても、前記第1実施形態と同様に、フレーム材68の封止孔90の開口部を塞いでいる部分が封止用金属ボールの受部の役割をする。このため、底部を1枚のベースシート66によって構成することができ、パッケージの薄型化が図れ、圧電振動子を薄型化することができる。また、封止孔90をグランド用の外部電極80dと対応した位置に設けたことにより、封止孔90の壁面に設ける金属膜を外部電極80と同時に形成することができる。さらに、封止孔90をグランド用の外部電極80dと対応した位置に設けたことにより、基板に実装したときに、圧電振動子を駆動する基板の電源回路などと封止孔90内の封止材とがショートするおそれがない。
【0027】
すなわち、圧電振動子を実装する基板(図示せず)には、図3(2)に2点鎖線で示したように、外部電極80に対応した電極パターン92(92a〜92d)が形成される。これらの電極パターン92は、実装時における圧電振動子の位置ずれに対応できるように、外部電極80より大きく形成してある。このため、第1実施形態の圧電振動子50においては、封止孔74が外部電極80c、80dの中間に形成してあるため、実装時に位置ずれが生ずると、封止孔74が圧電振動片52の電極を電気的に接続する電極パターン92cと接触してショートするおそれがある。したがって、第1実施形態の圧電振動子50は、基板への実装の際に、高精度の位置決めが要求され、実装上の制約を受けることになる。これに対して第2実施形態に係るベース部62aを用いた圧電振動子は、封止材が電極パターン92cとショートするおそれがない。
【0028】
図4は、第3実施形態の説明図であって、圧電振動子の底面図である。この実施形態の圧電振動子100は、パッケージのベース部62が前記と同様にベースシート66とフレーム材68との積層体として形成してある。また、ベースシート66は、下面の四隅のそれぞれに外部電極80が設けてある。そして、パッケージに収容した圧電振動片52は、ベースシート66の長手方向一側に設けられている一対の外部電極80a、80bに電気的に接続してある。一方、封止穴74は、他方側の一対の外部電極80c、80dの中間に形成してある。このようになっている第3実施形態の圧電振動子100は、封止孔74を形成した側の外部端子80c、80dがグランド用、またはダミー電極となるため、封止孔74内の封止材が電源回路などとショートするおそれがない。
【0029】
なお、封止孔74は、外部端子80cまたは外部端子80dと対応した位置に形成してもよい。また、封止孔74は、図4の2点鎖線で示したように、フレーム材68の長辺側の内縁部と対応した位置に形成してもよい。また、前記実施形態においては、圧電振動片52がATカット圧電振動片である場合について説明したが、圧電振動片は音叉型圧電振動片などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態に係る圧電デバイスの説明図である。
【図2】 封止孔の壁面に金属膜を形成する方法の説明図である。
【図3】 第2実施形態に係るベース部の説明図である。
【図4】 第3実施形態に係る圧電デバイスの底面図である。
【図5】 従来の圧電デバイスの説明図である。
【符号の説明】
50、100………圧電デバイス(圧電振動子)、52………圧電振動片、54a、54b………励振電極、56a、56b………接続電極、60………パッケージ、62………ベース部、64………リッド、66………ベースシート、68………フレーム材、70………収容空間(キャビティ)、72a、72b………マウント部(マウント電極)、74、90………封止孔、80a〜80d………外部電極、84a、84b………金属膜。
Claims (12)
- 圧電振動片を収容したパッケージの底部に設けられた封止孔を、封止材を溶融して封止した圧電デバイスであって、
前記パッケージは、ベース部が底部を形成する平板状のベースシートと、前記ベースシートに積層されて前記圧電振動片の収容空間を形成するフレーム材とからなり、
前記封止孔は、前記フレーム材の内縁部と対応した位置において前記ベースシートを貫通して形成され、開口部の一部が前記フレーム材によって塞がれ、
前記封止孔は、前記フレーム材の長辺側に対応して形成してあることを特徴とする圧電デバイス。 - 圧電振動片を収容したパッケージの底部に設けられた封止孔を、封止材を溶融して封止した圧電デバイスであって、
前記パッケージは、ベース部が底部を形成する平板状のベースシートと、前記ベースシートに積層されて前記圧電振動片の収容空間を形成するフレーム材とからなり、
前記封止孔は、前記フレーム材の内縁部と対応した位置において前記ベースシートを貫通して形成され、開口部の一部が前記フレーム材によって塞がれ、
前記封止孔は、前記フレーム材の隅部と対応した位置に形成してあることを特徴とする圧電デバイス。 - 圧電振動片を収容したパッケージの底部に設けられた封止孔を、封止材を溶融して封止した圧電デバイスであって、
前記パッケージは、ベース部が底部を形成する平板状のベースシートと、前記ベースシートに積層されて前記圧電振動片の収容空間を形成するフレーム材とからなり、
前記封止孔は、前記フレーム材の内縁部と対応した位置において前記ベースシートを貫通して形成され、開口部の一部が前記フレーム材によって塞がれ、
前記封止孔は、前記フレーム材の隅部と対応した位置であって、且つ、前記ベースシートの外面に形成されたグランド用の外部電極と対応した位置に形成されていることを特徴とする圧電デバイス。 - 圧電振動片を収容したパッケージの底部に設けられた封止孔を、封止材を溶融して封止した圧電デバイスであって、
前記パッケージは、ベース部が底部を形成する平板状のベースシートと、前記ベースシートに積層されて前記圧電振動片の収容空間を形成するフレーム材とからなり、
前記封止孔は、前記フレーム材の内縁部と対応した位置において前記ベースシートを貫通して形成され、開口部の一部が前記フレーム材によって塞がれ、
前記ベースシートは、外面の四隅部のそれぞれに基板実装用の外部電極が設けられ、
前記圧電振動片は、隣接する一対の前記外部電極に電気的に接続され、
前記封止孔は、他の一対の前記外部電極側に設けてある、
ことを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記圧電振動片がATカット水晶板であることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記圧電振動片が音叉型圧電振動片であることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記封止材が金属ボールであることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1ないし7いずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記ベースシートは、前記圧電振動片を固着するマウント部が一側に形成され、前記封止孔が他側に形成されていることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1ないし8いずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記フレーム材における前記封止孔の開口部の一部を塞いでいる部分は、封止孔内に配置した前記封止材の受部となっていることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1ないし9のいずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記封止孔は、開口の約半分がフレーム材によって塞がれる位置に形成してあることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記封止孔は、前記フレーム材の短辺側に対応して形成してあることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1ないし11のいずれかに記載の圧電デバイスにおいて、
前記封止孔の壁面には、金属膜が設けてあることを特徴とする圧電デバイス。
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