JP4706399B2 - Oscillator and electronic equipment - Google Patents
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Description
本発明は、水晶振動子を備えた発振器と、この発振器を備えた電子機器に関する。 The present invention relates to an oscillator including a crystal resonator and an electronic device including the oscillator.
従来、水晶振動子として、例えば枠付振動子片の上下面にハンダによって蓋とケースとを接合した構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このような水晶振動子にあっては、蓋とケースとの接合にハンダ等の低融合金や低融点ガラスを使用していたため、蓋とケースとの接合時や周波数調整時の加熱によってアウトガスが発生する。すると、このアウトガスの発生によって水晶振動子片に金属や有機物が付着し、クリスタルインピーダンスが増加したり、振動子の周波数特性が低下してしまうといった問題があった。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a crystal resonator, for example, a structure in which a lid and a case are joined to the upper and lower surfaces of a vibrator element with a frame by soldering is known (for example, see Patent Document 1).
In such a crystal unit, low fusion metal such as solder or low melting point glass was used for joining the lid and case, so outgassing was caused by heating when joining the lid and case or adjusting the frequency. appear. Then, due to the outgas generation, there is a problem that metal or organic matter adheres to the crystal resonator piece, which increases the crystal impedance or decreases the frequency characteristics of the resonator.
そこで、水晶振動子と一体に形成された外枠の上面と下面に金属層を設け、金属層と蓋とケースを陽極接合することにより、前記の問題を解消した技術が提供されている(例えば、特許文献2参照)。すなわち、このように金属層と蓋とケースを陽極接合することにより、水晶振動子片へのアウトガスの付着を無くし、クリスタルインピーダンスの増加などを防止することができる。
ところで、このような蓋とケースとの間に保持されてパッケージ化された水晶振動子は、通常、半導体装置によってその駆動が制御され、発振器として機能させられる。したがって、特に携帯電話など小型化が要求される電子機器に用いられる場合、前記のパッケージに半導体装置を一体化して発振器とし、その小型化を図ることが考えられる。 By the way, such a crystal resonator held and packaged between the lid and the case is normally controlled by a semiconductor device to function as an oscillator. Therefore, in particular, when used in an electronic device such as a mobile phone, which is required to be downsized, it is conceivable that the semiconductor device is integrated with the package to form an oscillator, and the downsizing is achieved.
しかしながら、前記パッケージに半導体装置を一体化して発振器を構成しようとした場合、この発振器をプリント配線基板などに容易に実装させる構造を持たせる必要があり、したがってそのような構造の提供が望まれている。
また、前述したようにこの発振器を携帯電話などに用いようとした場合、さらなる小型化が要望されている。
However, when an oscillator is formed by integrating a semiconductor device into the package, it is necessary to provide a structure for easily mounting the oscillator on a printed wiring board or the like. Accordingly, provision of such a structure is desired. Yes.
Further, as described above, when this oscillator is used for a mobile phone or the like, further miniaturization is demanded.
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、プリント配線基板などに容易に実装可能であり、さらには一層の小型化が図られた発振器と、この発振器を備えた電子機器とを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an oscillator that can be easily mounted on a printed wiring board or the like, and further reduced in size, and the oscillator. To provide electronic equipment.
本発明の発振器は、上蓋と下蓋との間に水晶振動子が挟持され、封止されてなるパッケージと、前記水晶振動子を駆動するための半導体装置とを備えてなり、前記上蓋が透光性の基材によって形成され、前記下蓋の外側に凹部が形成され、前記半導体装置はその能動面側を外側にして前記下蓋の凹部内に埋設されて実装され、該能動面側に外部接続端子が設けられていることを特徴とする。
本発明の発振器は、上蓋と下蓋との間に水晶振動子が挟持され、封止されてなるパッケージと、前記水晶振動子を駆動するための半導体装置とを備えてなり、前記上蓋が透光性の基材によって形成され、前記半導体装置はその能動面側を外側にして前記下蓋の外側に実装され、該能動面側に外部接続端子が設けられていることを特徴としている。
この発振器によれば、半導体装置が、その能動面側を外側にして前記下蓋の外側に実装され、該能動面側に外部接続端子が設けられているので、この外部接続端子によってプリント配線基板などに容易に実装可能な構造となる。
また、上蓋が透光性の基材によって形成されているので、この上蓋を通してパッケージ内の水晶振動子にレーザ照射を行うことにより、水晶振動子の周波数調整を行うことが可能になる。
An oscillator according to the present invention includes a package in which a crystal resonator is sandwiched and sealed between an upper lid and a lower lid, and a semiconductor device for driving the crystal resonator, and the upper lid is transparent. The semiconductor device is formed by being embedded in the concave portion of the lower lid with the active surface side facing outward, and formed on the active surface side. An external connection terminal is provided.
An oscillator according to the present invention includes a package in which a crystal resonator is sandwiched and sealed between an upper lid and a lower lid, and a semiconductor device for driving the crystal resonator, and the upper lid is transparent. The semiconductor device is formed of an optical base material, and the semiconductor device is mounted on the outside of the lower lid with the active surface side outward, and an external connection terminal is provided on the active surface side.
According to this oscillator, the semiconductor device is mounted on the outside of the lower lid with the active surface side outside, and the external connection terminal is provided on the active surface side. It becomes a structure that can be easily mounted on.
In addition, since the upper lid is formed of a translucent base material, it is possible to adjust the frequency of the crystal resonator by irradiating the crystal resonator in the package with laser through the upper lid.
また、前記の発振器においては、前記半導体装置に、その能動面側から反対側の面にまで貫通してなる貫通電極が形成され、該貫通電極によって前記半導体装置が前記水晶振動子と電気的に接続されていてもよい。
このようにすれば、半導体装置と水晶振動子との電気的接続を、半導体装置とパッケージとの接合面で行うことができ、したがって電気的接続そのものが容易になるとともに、この接続に要する容積を最小限に抑え、発振器の小型化を図ることが可能になる。
In the oscillator, a through electrode that penetrates from the active surface side to the opposite surface is formed in the semiconductor device, and the semiconductor device is electrically connected to the crystal resonator by the through electrode. It may be connected.
In this way, the electrical connection between the semiconductor device and the crystal unit can be performed at the bonding surface between the semiconductor device and the package. Therefore, the electrical connection itself is facilitated and the volume required for this connection is reduced. It is possible to minimize the size of the oscillator by minimizing it.
また、前記の発振器においては、前記下蓋上に、該下蓋外面と前記半導体装置との間の段差を埋めて平坦化する平坦化樹脂が設けられているのが好ましい。
このようにすれば、平坦化樹脂によって半導体装置の能動面側、すなわち外部接続端子側が平坦化されているので、プリント配線基板などへの実装がより容易になる。
In the oscillator, it is preferable that a planarizing resin is provided on the lower lid so as to fill and level the step between the outer surface of the lower lid and the semiconductor device.
In this way, since the active surface side of the semiconductor device, that is, the external connection terminal side is planarized by the planarizing resin, mounting on a printed wiring board or the like becomes easier.
また、前記の発振器においては、前記した蓋の外側に凹部が形成され、該凹部内に前記半導体装置が埋設されているのが好ましい。
また、その場合に、前記凹部の深さが、前記半導体装置の厚さとほぼ同一に形成されているのが好ましい。
このようにすれば、パッケージの外側に半導体装置がその厚さ分突出することで、発振器全体の厚さが厚くなってしまうのを抑え、全体の厚さを薄くしてその小型化を図ることができる。
特に、凹部の深さを半導体装置の厚さとほぼ同一に形成することにより、発振器全体の厚さをほぼパッケージの厚さに一致させることができ、発振器全体の一層の小型化を図ることができる。
In the oscillator, it is preferable that a recess is formed outside the lid, and the semiconductor device is embedded in the recess.
In this case, it is preferable that the depth of the recess is formed to be substantially the same as the thickness of the semiconductor device.
In this way, the semiconductor device protrudes to the outside of the package by that thickness, thereby preventing the entire thickness of the oscillator from increasing, and reducing the overall thickness to reduce the size. Can do.
In particular, by forming the depth of the recess substantially the same as the thickness of the semiconductor device, the thickness of the entire oscillator can be made to substantially match the thickness of the package, and further downsizing of the entire oscillator can be achieved. .
本発明の電子機器は、前記の発振器を備えたことを特徴としている。
この電子機器によれば、発振器がプリント配線基板などに容易に実装可能な構造となっているので、この発振器を備えた電子機器自体の組立性を容易にし、さらにはその小型化を図ることもできる。
An electronic apparatus according to the present invention includes the oscillator described above.
According to this electronic device, since the oscillator can be easily mounted on a printed wiring board or the like, it is easy to assemble the electronic device itself provided with the oscillator, and the size can be reduced. it can.
以下、本発明を詳しく説明する。
図1は、本発明の発振器の第1実施形態を示す図であり、図1中符号1は発振器である。この発振器1は、水晶振動子2を封止してなるパッケージ3と、前記水晶振動子2を駆動するための半導体装置4とを備えて構成されたものである。
The present invention will be described in detail below.
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an oscillator according to the present invention. Reference numeral 1 in FIG. 1 denotes an oscillator. The oscillator 1 includes a
パッケージ3は、上蓋5と下蓋6との間に水晶振動子2を挟持し、その状態で該水晶振動子2を封止した略直方体状のものである。上蓋5は、ガラスや水晶などの透光性の基材によって形成されたもので、本実施形態ではガラス製のものとなっている。下蓋6は、上蓋5と同様にガラスや水晶などの透光性の基材によって形成されていてもよく、さらには、シリコンなどの非透光性の基材によって形成されていてもよい。本実施形態では、上蓋5と同様にガラス製のものとなっている。
The
これら上蓋5と下蓋6とは、水晶振動子2を挟持した状態で陽極接合によって接合され、あるいは金−スズの合金接合によって接合され、あるいはプラズマを照射して共有結合により接合されるなど、気密封止されている。
水晶振動子2としては、例えば音叉型水晶振動子が用いられている。この音叉型の水晶振動子2は、基部(図示せず)から第1及び第2の腕部(図示せず)が同一方向に並列して延びる音叉型の平面形状を有した薄板状の水晶片からなるものである。基部には、+極と−極との少なくとも2本の内部端子(図示せず)が形成されている。そして、これら内部端子にはそれぞれに導通する導電部7が、水晶振動子2の一方の面側、本実施形態では下蓋6側に形成されている。
The
As the
下蓋6には、その外面側の四隅に欠落部8が形成されている。これら欠落部8は、ブラスト処理や、例えば開口パターンを有したマスクを2枚用いてドライエッチングを行うなどの手法により、下蓋6の外面側から内面側にまで貫通した状態に削り取られて形成されたものである。このような構成によって欠落部8内には、前記水晶振動子2の一方の面側が露出させられており、この露出面には、アルミニウムや金・クロム合金などからなる前記の導電部7が形成されている。そして、この導電部7には、配線9が接続されている。
The
配線9は、導電部7上から、前記欠落部8の斜面(側面)を通って下蓋6の外面にまで引き回され、この下蓋6の外面上にて、半導体装置4の貫通電極10に接続させられたものである。なお、このような配線9の形成には、開口パターンを形成したマスクを用いてスパッタ法などで導電材料をパターニングし、さらにメッキ法で必要な厚みにまで成長させるといった手法が好適に採用される。具体的には、導電部7側にスパッタ法でCrをパターニングし、さらにその上に下地材としてAl−Cu合金を堆積させ、その後、無電界メッキ法でNi−Au合金を析出させるといった方法や、スパッタ法でCrをパターニングし、その上にAlを堆積させた後、電界メッキ法でNi−Au合金を析出させるといった方法が好適に採用される。また、スパッタ法などでの成膜後、これをフォトリソグラフィー技術等によってパターニングするといった手法も採用可能である。
The
半導体装置4は、下蓋6の外面に貼設された平面視矩形状のもので、その能動面4a側を外面側にして実装されたものである。すなわち、この半導体装置4は、シリコン基板20の能動面4a側に、トランジスタやメモリ素子などの半導体素子からなる集積回路(図示せず)を形成したもので、前記能動面4aを外面側に向け、この外面側に外部接続端子11を形成したものである。
The
また、この半導体装置4には、前記したように貫通電極10が形成されている。この貫通電極10は、シリコン基板20の能動面4a側にて集積回路に電気的に接続し、さらにこの能動面4a側からその裏面側にまで貫通して形成されたものである。このような構成のもとに、貫通電極10はシリコン基板20の裏面側にて、すなわち下蓋6の外面上にて、前記配線9とはんだや金−金接合などによって接続されたものとなっている。
Further, the through
ここで、貫通電極10の具体的構成を、その製造方法をもとに図2(a)〜(c)を参照して説明する。
まず、図2(a)に示すように、例えば厚さ400μm程度のシリコン基板20を用意する。そして、このシリコン基板20の表面全体に、熱酸化等によって酸化シリコンからなる絶縁層21を形成する。次に、絶縁層21上に塗布したレジストを露光、現像処理により所定形状にパターニングし、このレジストをマスクとして、エッチング処理によりシリコン基板20に複数の平面視円形状の溝部22を形成する。
Here, a specific configuration of the through
First, as shown in FIG. 2A, for example, a
次いで、シリコン基板20に形成した溝部22の内壁面を覆う絶縁層21を熱酸化法等により形成し、その後、溝部22の内部(内壁面)を含むシリコン基板20の能動面にスパッタ法や真空蒸着法等によって下地層23を形成する。
次いで、図2(b)に示すように、シリコン基板20の能動面4a上にメッキレジストを塗布し、さらにこのメッキレジストを溝部22の周辺のシリコン基板20が露出した開口部24a(溝部22の開口径より一回り大きい)を有するようにパターニングし、メッキレジストパターン24を形成する。
Next, an insulating
Next, as shown in FIG. 2B, a plating resist is applied on the
続いて、前記メッキレジストパターン24をマスクにしてCu電解メッキ処理し、開口部24aを含む溝部22の内部にCuを析出させる。これにより、溝部22の内部にCuが充填され、溝部22を含む開口部24aに金属端子25が形成される。次いで、メッキレジストパターン24をそのままマスクにして、金属端子25上に無鉛はんだ等のろう材からなる接合材26を形成する。
Subsequently, Cu electroplating is performed using the plating resist
次いで、メッキレジストパターン24をアッシングによりシリコン基板20から除去する。その後、図2(c)に示すように、シリコン基板20をその裏面4b側(図示下面側)からバックグラインドし、シリコン基板20の裏面4bに金属端子25を露出させる。これにより、金属端子25と接合材26とからなる複数の貫通電極10を、シリコン基板20に形成することができる。
Next, the plating resist
このようにして貫通電極10を形成したシリコン基板20からなる半導体装置4により、その貫通電極10を介して前記水晶振動子2の駆動を制御することができる。
また、この半導体装置4の能動面4a側には、集積回路に導通する複数の電極(図示せず)が貫通電極10とは別に設けられており、これら電極には、図3に示すように前記の外部接続端子11が接続されている。外部接続端子11は、はんだボールやはんだメッキや、金バンプ、スタッドバンプなどによって形成されたものである。なお、本実施形態において外部接続端子11は、はんだボールによって半導体装置4の能動面4a側の四隅に形成されている。
Thus, the drive of the
Further, on the
また、前記下蓋6上には、該下蓋6の外面と前記半導体装置4の能動面4aとの間の段差を埋める平坦化樹脂12が、トランスファーモールドなどによって形成されている。この平坦化樹脂12は、エポキシ樹脂等からなるもので、下蓋6の半導体装置4に覆われることなく露出した外面と、半導体装置4の側面とを覆って設けられ、かつ前記欠落部8を充填した状態で設けられ、硬化せしめられたものである。このような平坦化樹脂12によって下蓋6と半導体装置4とは、外部接続端子11を形成した面、すなわち半導体装置4側が、段差を形成することなく平坦化したものとなっている。すなわち、半導体装置4の外面側(能動面4a側)に突出した外部接続端子11を除いて、発振器1は凹凸のない直方体状に形成されたものとなっているのである。
Further, a
したがって、このような構成からなる発振器1は、図1中二点鎖線で示す外部機器としてのプリント配線基板Pに、その外部接続端子11を用いて接続することで、該プリント配線基板P(外部機器)に容易に実装することができる。すなわち、外部接続端子11を形成した側が、段差を形成することなく平坦化したものとなっているので、プリント配線基板P(外部機器)上に安定した状態で載せることができ、これにより容易に実装を行うことができる。よって、実装を容易にしたことでこの発振器1を備える外部機器の組立性も良好にしてその生産性を高めることができ、さらには、水晶振動子2を有するパッケージ3と水晶振動子2を駆動する半導体装置4とを一体化して発振器1自体を小型化しているので、この発振器1を備える外部機器の小型化を可能にすることができる。
Therefore, the oscillator 1 having such a configuration is connected to the printed wiring board P as an external device indicated by a two-dot chain line in FIG. Device). That is, since the side on which the
また、上蓋5が透光性の基材であるガラスによって形成されているので、この上蓋5を通してパッケージ3内の水晶振動子2にレーザ照射を行うことにより、水晶振動子2の周波数調整を容易に行うことができる。
さらに、半導体装置4に形成した貫通電極10によって該半導体装置4と水晶振動子2とを電気的に接続しているので、これら半導体装置4と水晶振動子2との電気的接続を半導体装置4とパッケージ3との接合面で行うことができ、したがって、電気的接続そのものを容易にすることができるとともに、この接続に要する容積を最小限に抑え、発振器1の小型化を図ることができる。
また、特にパッケージ3の形成については、多数個取りの大型基板(大型ガラス基板)を用いて多数個分を一括して形成し、欠落部8、配線9までを形成した後、ダイシングにより個片化することで、生産性を高めることができる。
Further, since the
Further, since the
In particular, for the formation of the
次に、図4を参照して本発明の発振器の第2実施形態を説明する。図4中符号30は発振器であり、この発振器30が図1に示した発振器1と主に異なるところは、パッケージ31を構成する下蓋32に凹部33を形成し、この凹部33内に半導体装置34を埋設した点にある。
Next, a second embodiment of the oscillator of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4,
パッケージ31は、前記発振器1における上蓋5と同じに構成されたガラス製の上蓋35と、同じくガラス製の下蓋32との間に水晶振動子2を挟持し、その状態で該水晶振動子2を封止した略直方体状のものである。なお、水晶振動子2の構成や、上蓋35と下蓋32との間の接合は発振器1と同様とする。
The
下蓋32の前記凹部33は、下蓋32の外面側に形成されたもので、その開口が半導体装置34より一回り大きく形成され、その深さが半導体装置34の厚さ、すなわち外部接続端子36を除いたシリコン基板の厚さに、ほぼ等しくなるように形成されたものである。なお、この凹部33の形成については、ブラスト処理やドライエッチングなどによって形成することができ、その際、前記欠落部8の形成工程と一部を共通化して行うことができる。
The
そして、半導体装置34は、その能動面34aを外側に向けてこの凹部33内に収容され、接着剤によってその裏面が凹部33の底面に固着された後、樹脂等によって側面と凹部33の内面との間の隙間が埋め込まれたことにより、凹部33内に埋設されたものとなっている。このような構成のもとに半導体装置34は、その能動面34aが、下蓋32の外面32aとの間で段差を形成することなく、ほぼ面一に設けられたものとなっている。
The
また、この半導体装置34は、前記発振器1における半導体装置4とは異なり、貫通電極10が形成されていない構造となっている。したがって、その能動面34aと反対側の面(裏面)では水晶振動子2との間での電気的接続が行えず、能動面34a側にて電気的接続を行うようになっている。すなわち、半導体装置34には、その能動面34a側にて集積回路に電気的に接続する電極37が形成されており、この電極37が、配線38によって水晶振動子2に電気的に接続したものとなっている。配線38は、前記発振器1における配線9と同様にして形成されたもので、水晶振動子2に接続する導電部7上から、前記欠落部8の斜面(側面)を通って下蓋32の外面にまで引き回され、さらに凹部33内の半導体装置34の前記電極37上にまで延びてこれに接続したものである。
Further, unlike the
また、この半導体装置34の能動面34a側には、集積回路に導通する複数の電極(図示せず)が前記電極37とは別に設けられており、これら電極には、図5に示すように前記の外部接続端子36が接続されている。外部接続端子36は、前記発振器1と同様に、はんだボールやはんだメッキや、金バンプ、スタッドバンプなどによって形成されたものであり、本実施形態でははんだボールによって形成されている。
Further, on the
このような構成の発振器30にあっても、図4中二点鎖線で示すプリント配線基板P(外部機器)に、その外部接続端子36によって容易に実装される。すなわち、外部接続端子36を形成した側が、下蓋6と半導体装置34の能動面34aとの間で段差がなく平坦になっているので、プリント配線基板P(外部機器)上に安定した状態で載せることができ、これにより容易に実装を行うことができる。よって、実装を容易にしたことでこの発振器1を備える外部機器の組立性も良好にしてその生産性を高めることができる。
また、特に凹部33の深さを半導体装置34の厚さとほぼ同一に形成しているので、発振器30全体の厚さをほぼパッケージ31の厚さに一致させることができ、これにより発振器30全体の一層の小型化を図ることができる。
また、パッケージ31の形成については、先の実施形態と同様に、多数個取りの大型基板(大型ガラス基板)を用いて多数個分を一括して形成し、欠落部8、凹部33、配線38までを形成した後、ダイシングにより個片化することで、生産性を高めることができる。
Even the
In particular, since the depth of the
As for the formation of the
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更が可能である。例えば、上蓋5や上蓋35に、図4に示した凹部33と同様の凹部(図示せず)を形成し、この凹部内に、チップ抵抗などの他の素子を搭載させるようにしてもよい。このように高集積化することで、この発振器1(30)を備える構造の小型化を図ることができる。ただし、このように他の素子を搭載させる場合には、水晶発振子2の周波数調整を行うための領域を避けて、上蓋5(35)に前記の凹部を形成する必要がある。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, a recess (not shown) similar to the
また、本発明の電子機器は、前記の発振器1(30)が例えば前記プリント配線基板P等により実装された状態で備えられることにより、構成される。具体的には、前記発振器1(30)を備えた電子機器の一例として、図6に示すような携帯電話300を挙げることができる。
この電子機器(携帯電話300)にあっても、発振器1(30)がプリント配線基板Pなどに容易に実装可能な構造となっているので、この発振器1(30)を備えた電子機器自体の組立性を容易にし、さらにはその小型化を図ることもできる。
In addition, the electronic apparatus of the present invention is configured by providing the oscillator 1 (30) mounted in, for example, the printed wiring board P or the like. Specifically, a
Even in this electronic device (mobile phone 300), the oscillator 1 (30) has a structure that can be easily mounted on the printed wiring board P or the like. Assembling is facilitated, and further downsizing can be achieved.
また、本発明が適用される電子機器としては、テレビ等のリモコンやデジタルカメラなど、各種のものを挙げることができる。 In addition, examples of electronic devices to which the present invention is applied include various devices such as a remote controller such as a television and a digital camera.
1、30…発振器、2…水晶振動子、3、31…パッケージ、4、34…半導体装置、4a、34a…能動面、5、35…上蓋、6、32…下蓋、10…貫通電極、11、36…外部接続端子、33…凹部、300…携帯電話(電子機器)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記水晶振動子を駆動するための半導体装置とを備えてなり、
前記上蓋が透光性の基材によって形成され、
前記下蓋の外側に凹部が形成され、
前記半導体装置はその能動面側を外側にして前記下蓋の凹部内に埋設されて実装され、該能動面側に外部接続端子が設けられていることを特徴とする発振器。 A quartz crystal unit sandwiched between an upper lid and a lower lid and sealed;
A semiconductor device for driving the crystal unit,
The upper lid is formed of a translucent substrate;
A recess is formed on the outside of the lower lid,
An oscillator characterized in that the semiconductor device is mounted by being embedded in a recess of the lower lid with the active surface side facing outward, and an external connection terminal is provided on the active surface side.
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