JP5071164B2 - 電子デバイス及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

電子デバイス及び電子デバイスの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、弾性表面波を利用した弾性表面波デバイスなどに代表される電子デバイス及び電子デバイスの製造方法に関する。
電子デバイスとしての、弾性表面波を利用した弾性表面波共振子、弾性表面波発振器及び弾性表面波フィルタなどの弾性表面波デバイスに関して、パッケージの凹部に形成された金属層からなる載置面に、弾性表面波チップを載置した構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平8−293756号公報
上記構成において、電子素子としての弾性表面波チップ(以下、弾性表面波素子片という)は、パッケージの載置面に接着剤などの接合部材により実装されている。
これにより、弾性表面波デバイスは、周囲の温度変化に伴う接合部材の収縮により、弾性表面波素子片に応力が発生することがある。また、弾性表面波デバイスは、外部機器へのリフロー実装などの加熱時に、接合部材からガスが発生し、ガスの成分が凝縮して弾性表面波素子片に付着することがある。
これらにより、弾性表面波デバイスは、弾性表面波素子片の周波数特性が劣化し、所望の性能を得られないことがある。
このことから、高性能が求められる分野に用いられる弾性表面波デバイスにおいては、弾性表面波素子片の接合部材による実装範囲を実装面の一部に留めることにより、弾性表面波素子片に発生する応力を低減させるとともに、接合部材から発生するガスの量を低減させる対策が取られている。
しかしながら、弾性表面波デバイスは、弾性表面波素子片の接合部材による実装範囲を実装面の一部に留めることから、接合面積が減少し、弾性表面波素子片が載置面に対して傾斜して実装されることがある。この際、弾性表面波素子片は、長辺方向の傾きと短辺方向の傾きとがあった場合、両者の傾きが合成され、弾性表面波素子片の実装面の隅部が載置面に最も接近した状態となる。
これにより、弾性表面波デバイスは、周囲の温度変化に起因する弾性表面波素子片の膨張などにより弾性表面波素子片の実装面の隅部が載置面に接触することがある。
この接触により、弾性表面波デバイスは、弾性表面波素子片の振動状態が変化し、周波数のエージング特性の劣化、特定の温度領域における著しい周波数の変化など、周波数特性が劣化し所望の性能を得られないという問題がある。
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例にかかる電子デバイスは、絶縁体からなるベース部を有し、前記ベース部の一面にメタライズパターンを設けたパッケージと、前記メタライズパターン上に実装され、実装面が略矩形形状の電子素子とを備え、前記メタライズパターンが、平面視で前記電子素子の前記実装面の隅部と重ならないように形成されていることを特徴とする。
これによれば、電子デバイスは、ベース部の一面にメタライズパターンが設けられ、このメタライズパターン上に、実装面が略矩形形状の電子素子が実装されている。そして、電子デバイスは、メタライズパターンが、平面視で電子素子の実装面の隅部と重ならないように形成されている。
このことから、電子デバイスは、電子素子の実装時に、電子素子の実装面とベース部の一面との間隔が、従来と比較してメタライズパターンの厚み分広がることから、電子素子の傾斜による電子素子の実装面の隅部とベース部の一面とが接触するリスクを低減することができる。
[適用例2]本適用例にかかる電子デバイスは、絶縁体であるベース部および前記ベース部の一方の主面に突出して設けられているメタライズパターンを有しているパッケージと、基板および前記基板の一方の主面に弾性表面波を励振するためのすだれ状電極、前記すだれ状電極をはさんで配置されている第一と第二の反射器を有し、かつ前記一方の主面に対し前記基板の裏側の実装面が前記メタライズパターンに対向し、更に平面視で前記すだれ状電極が前記メタライズパターンに重なって、前記パッケージに収容されている弾性表面波素子片と、前記メタライズパターンと前記実装面との間にあり、前記弾性表面波素子片と前記パッケージとを固定している接合部材と、を有し、平面視で前記基板の弾性表面波の伝搬方向側にある前記実装面のそれぞれの端から前記接合部材までの領域と前記パッケージとの間に空間があり、平面視で前記第一と第二の反射器が前記空間と重なっていることを特徴とする。
これによれば、電子デバイスは、ベース部の一面に突出したメタライズパターンが設けられ、このメタライズパターン上に、実装面が略矩形形状の弾性表面波素子片が接合部材で固定されている。そして、メタライズパターンが、平面視で弾性表面波素子片のすだれ状電極と重なっており、弾性表面波素子片の実装面の端から接合部材までの領域でパッケージと実装面との間に空間があり、平面視で反射器が空間と重なっている。
このことから、電子デバイスは、弾性表面波素子片の実装時に、実装面とベース部の一面との間隔が、従来と比較してメタライズパターンの厚み分広がることから、電子素子の傾斜による実装面の角部とベース部の一面とが接触するリスクを低減することができ、弾性表面波素子片の周波数のエージング特性の向上、特定の温度領域における著しい周波数の変化の回避など、周波数特性が向上し所望の性能を得られ易くなる。
[適用例3]適用例2にかかる電子デバイスにおいて、前記パッケージは、前記ベース部に前記弾性表面波素子片と接続されている接続端子を有し、平面視において前記接続端子と前記メタライズパターンとの間に前記ベース部の一方の主面が露出して介在していることが好ましい。
これによれば、電子デバイスは、ベース部に弾性表面波素子片と接続されている接続端子を有し、平面視において接続端子とメタライズパターンとの間にベース部の一方の主面が露出して介在している。
このことから、電子デバイスは、例えば、メタライズパターンに接着剤などを塗布して弾性表面波素子片を実装する際に、メタライズパターンの濡れ性などによる接着剤の流出を絶縁部によって遮断することができる。これにより、電子デバイスは、接続端子への接着剤の不要な接近または付着のリスクを回避することができる。

[適用例4]本適用例にかかる電子デバイスの製造方法は、絶縁体からなるベース部を有し、前記ベース部の一面にメタライズパターンを設けたパッケージと、実装面が略矩形形状の電子素子とを備えた電子デバイスの製造方法であって、前記メタライズパターンを、前記ベース部の前記一面に、平面視で前記電子素子の前記実装面の隅部と重ならないように形成するメタライズパターン形成工程と、前記メタライズパターンを画像認識して、前記メタライズパターンの位置を認識する画像認識工程と、認識された前記メタライズパターンの位置により、前記電子素子の前記隅部が前記メタライズパターンに重ならないように、前記電子素子を前記メタライズパターン上に実装する実装工程と、を有することを特徴とする。
これによれば、電子デバイスの製造方法は、メタライズパターンを、ベース部の一面に、平面視で電子素子の実装面の隅部と重ならないように形成し、メタライズパターンを画像認識して、メタライズパターンの位置を認識し、電子素子の隅部がメタライズパターンに重ならないように、電子素子をメタライズパターン上に実装する。
このことから、電子デバイスの製造方法は、適用例1に記載した作用・効果を有する電子デバイスを提供することができる。
以下、電子デバイス及び電子デバイスの製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。
(実施形態)
図1は、電子デバイスの一例としての弾性表面波共振子の概略構成を示す構成図である。図1(a)は平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A線での断面図である。なお、平面図では、理解を容易にするためにリッド(蓋)部を省略し、リッド部の外形を2点鎖線で表している。
図1に示すように、本実施形態の弾性表面波共振子1は、パッケージ10、電子素子としての弾性表面波素子片20、接合部材30などから構成されている。
パッケージ10は、ベース部11、メタライズパターン11b、リッド部12、シール部13などから構成されている。
ベース部11は、セラミックグリーンシートを成形して積層し、焼成した酸化アルミニウム質焼結体などの絶縁体からなり、凹状に形成されている。
ベース部11の一面としての底面11aには、メタライズパターン11bが設けられている。メタライズパターン11bは、タングステン、モリブデンなどのメタライズ層、またはこのメタライズ層にニッケル、金などの金属の被膜をメッキ、スパッタなどにより積層した金属被膜からなる。なお、メタライズパターン11bの表層には、金被膜が好ましい。
メタライズパターン11bは、平面形状が矩形形状であって、平面視で、後述する弾性表面波素子片20における実装面としての他方の主面28の、底面11aとの接触のリスクが最も高い隅部28a,28b,28c,28dと重ならないように形成されている。 つまり、メタライズパターン11bは、ベース部11の底面11aと弾性表面波素子片20の他方の主面28の隅部28a,28b,28c,28dとの間隔を、より大きくするように形成されている。
メタライズパターン11bは、弾性表面波素子片20の長辺方向においては、弾性表面波素子片20の中央近傍に位置し、弾性表面波素子片20の短辺方向においては、一辺がベース部11の側壁11jに接し、一辺に対向する他辺が弾性表面波素子片20と重なる位置になるように形成されている。
メタライズパターン11bは、長辺が弾性表面波素子片20の長辺と略直交するように形成されている。換言すれば、メタライズパターン11bは、長辺が弾性表面波素子片20の弾性表面波の伝播方向と略直交するように形成されている。
また、メタライズパターン11bは、数μm〜数十μmの厚みで形成されている。なお、メタライズパターン11bの厚みは、上記の範囲で適宜設定されるが、ベース部11の底面11aと弾性表面波素子片20との間隔を充分確保するために、約20μm程度の厚みが好ましい。
ベース部11には、外周部の内側に沿って、底面11aより一段高い位置に接続端子部11cが形成されている。接続端子部11cには、弾性表面波素子片20と接続される接続端子11d,11eが設けられている。
接続端子11d,11eは、タングステンなどのメタライズ層にニッケル、金などの各被膜をメッキ、スパッタなどにより積層した金属被膜からなる。
接続端子11d,11eとメタライズパターン11bとの間には、絶縁部11fが形成されている。絶縁部11fは、接続端子11d,11eとメタライズパターン11bとの間における、ベース部11の底面11aが露出している部分であり、平面視において接続端子11d,11eとメタライズパターン11bとの間に見えている。
ベース部11の外面11gには、上記金属被膜からなる実装端子11h,11iが形成されている。この実装端子11h,11iは、図示しない内部配線によりそれぞれ接続端子11d,11eに接続されている。
なお、弾性表面波共振子1は、実装端子11h,11iにより外部機器に実装される。
ベース部11の底面11aのメタライズパターン11b上には、弾性表面波素子片20が接合部材30を介して実装されている。
弾性表面波素子片20は、圧電基板21、すだれ状電極22、反射器23,24などから構成されている。
圧電基板21は、所定の厚みに研磨された圧電単結晶材料である水晶から、切削などにより一方の主面25及び他方の主面28が、略矩形形状となる板状に形成されている。
圧電基板21の一方の主面25には、一対のすだれ状電極22が形成され、一対のすだれ状電極22は、電極指を交互に噛み合わせて配置されている。すだれ状電極22の両端には、弾性表面波を反射する反射器23,24が形成されている。
また、圧電基板21の一方の主面25には、すだれ状電極22と反射器24とを接続端子11d,11eと接続するためのボンディングパッド26,27が形成されている。すだれ状電極22、反射器23,24及びボンディングパッド26,27は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの導電性に優れた材料により形成されている。
圧電基板21の他方の主面28は、前述したようにメタライズパターン11bへの実装面となっている。
なお、接合部材30には、シリコーン樹脂系、エポキシ樹脂系などの接着剤が用いられ、ディスペンサなどによりメタライズパターン11b及び底面11aに塗布されている。なお、接合部材30の塗布量は、弾性表面波素子片20が実装された状態で、約20μm程度の厚みとなる量が好ましい。
ここで、図1(b)に示すように、弾性表面波素子片20は、メタライズパターン11b上に、接合部材30を介して実装されている。これにより、ベース部11の底面11aと弾性表面波素子片20の他方の主面28との間隔Lは、従来の、弾性表面波素子片20が底面11aに直接接合部材30を介して実装されている場合と比較して、充分広くなる。
本実施形態では、Lが約40μm程度となる(メタライズパターン11bの厚み:約20μm+接合部材30の厚み:約20μm)。
弾性表面波素子片20のボンディングパッド26,27と、ベース部11に設けられた接続端子11d,11eとは、金属ワイヤ40のボンディングにより接続されている。なお、金属ワイヤ40には、金などが用いられている。
リッド部12は、コバールなどの金属からなり、同じくコバールなどの金属からなるシール部13にシーム溶接されている。なお、リッド部12は、表面にニッケルメッキが施されている。また、シール部13は、表面にニッケルメッキが施され、さらにニッケルメッキの表面に金メッキが施されている。なお、シール部13は、ろう付けなどによりベース部11に接合されている。
これらにより、弾性表面波共振子1のパッケージ10内は、気密に封止されている。なお、パッケージ10の内部は、真空または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが封入されている。
上述したように、本実施形態の弾性表面波共振子1は、ベース部11の底面11aにメタライズパターン11bが設けられ、このメタライズパターン11b上に実装面としての他方の主面28が、略矩形形状に形成されている弾性表面波素子片20が実装されている。
そして、弾性表面波共振子1は、メタライズパターン11bが、平面視で弾性表面波素子片20の他方の主面28の、底面11aとの接触のリスクが最も高い隅部28a,28b,28c,28dと重ならない位置に、矩形形状で形成されている。
このことから、弾性表面波共振子1は、弾性表面波素子片20の実装時に、弾性表面波素子片20の他方の主面28とベース部11の底面11aとの間隔Lが、従来と比較してメタライズパターン11bの厚み分広くなる。
これにより、弾性表面波共振子1は、弾性表面波素子片20が傾斜した状態で実装されても、弾性表面波素子片20の他方の主面28の、底面11aとの接触のリスクが最も高い隅部28a,28b,28c,28dと、底面11aとの間隔を、従来より充分広くすることができる。
従って、弾性表面波共振子1は、周囲の温度変化に起因する弾性表面波素子片20の膨張などによって、弾性表面波素子片20の他方の主面28の、底面11aとの接触のリスクが最も高い隅部28a,28b,28c,28dと、ベース部11の底面11aとが接触するリスクを、低減することができる。
これにより、弾性表面波共振子1は、弾性表面波素子片20の周波数のエージング特性の向上、特定の温度領域における著しい周波数の変化の回避など、周波数特性が向上し所望の性能を得られ易くなる。
また、弾性表面波共振子1は、ベース部11に形成された接続端子11d,11eとメタライズパターン11bとの間に絶縁部11fが形成されている。このことから、弾性表面波共振子1は、メタライズパターン11bに接合部材30を塗布して弾性表面波素子片20を実装する際に、メタライズパターン11bの濡れ性などによる接合部材30の流出を、絶縁部11fによって遮断することができる。
これにより、弾性表面波共振子1は、接続端子11d,11eへの接合部材30の付着を回避することができ、接続端子11d,11eに金属ワイヤ40を確実にボンディングすることができる。
また、弾性表面波共振子1は、メタライズパターン11bが矩形形状に形成されている点と、金属被膜からなるメタライズパターン11bと酸化アルミニウム質焼結体からなるベース部11との光の反射率が大きく異なっている点とから、メタライズパターン11bの位置の認識を画像認識装置による画像認識により行うことができる。
これにより、弾性表面波共振子1は、基準位置に対するメタライズパターン11bの位置ずれを補正して、弾性表面波素子片20を実装できることから、弾性表面波素子片20のメタライズパターン11bに対する実装位置の精度を向上することができる。
また、弾性表面波共振子1は、メタライズパターン11bの長辺が、弾性表面波素子片20の弾性表面波の伝播方向と略直交するように形成されていることから、弾性表面波素子片20の弾性表面波の伝播方向におけるメタライズパターン11bの濡れ性による接合部材30の濡れ広がりが、短辺の長さの範囲に留まる。
これにより、弾性表面波共振子1は、周囲の温度変化に伴う接合部材30の収縮による弾性表面波素子片20の応力の発生を、メタライズパターン11bの長辺が弾性表面波素子片20の弾性表面波の伝播方向に沿って形成されている場合と比較して、低減することができる。
ここで、弾性表面波共振子1の製造方法について図1、図2を参照して説明する。
図2は、弾性表面波共振子1の製造方法を工程順に示す断面図である。
ここでは、メタライズパターン形成工程、メタライズパターンの位置を認識する画像認識工程、弾性表面波素子片20をメタライズパターン上に実装する実装工程を中心に説明する。
[メタライズパターン形成工程]
まず、図2(a)に示すように、予め形成されたベース部11を用意し、タングステン、モリブデンなどの金属をペースト状にした金属ペーストを、ベース部11の底面11aに、図1(a)の11bで示す矩形形状で印刷する。
ついで、金属ペーストを焼成しメタライズ層にした後、メタライズ層にニッケル、金などの金属の被膜をメッキ、スパッタなどにより積層して、メタライズパターン11bを形成する。なお、メタライズパターン11bは、メタライズ層のみでもよい。
ここで、メタライズパターン11bの形状は、弾性表面波素子片20が実装されたときに、平面視で弾性表面波素子片20の他方の主面28の隅部28a,28b,28c,28dと重ならないように形成する。
[画像認識工程]
ついで、図示しない画像認識装置により、矩形形状に形成されたメタライズパターン11bを画像認識して、メタライズパターン11bの基準となる角部により、メタライズパターン11bの位置を認識する。
ついで、図2(b)に示すように、メタライズパターン11b及び底面11aに、接合部材30をディスペンサなどにより塗布する。
[実装工程]
ついで、認識されたメタライズパターン11bの位置に基づき、メタライズパターン11bの実際の位置と、メタライズパターン11bの基準として設定されている基準位置とのずれを算出する。
ついで、このずれ分を補正して、図2(c)に示すように、弾性表面波素子片20の他方の主面28の隅部28a,28b,28c,28dが、メタライズパターン11bに重ならないように、弾性表面波素子片20を、前記メタライズパターン11b上に搭載する。
ついで、弾性表面波素子片20の他方の主面28を、接合部材30によりメタライズパターン11bに接着し、接合部材30を加熱硬化することで、弾性表面波素子片20を、メタライズパターン11b上に実装する。
ついで、図2(d)に示すように、弾性表面波素子片20のボンディングパッド26,27と、ベース部11の接続端子11d,11eとを、金属ワイヤ40のボンディングにより接続する。
ついで、アニール後、真空または不活性ガス中において、リッド部12をシール部13にシーム溶接する。なお、シール部13は、予めろう付けなどによりベース部11に接合しておく。
これらの工程により、図1に示す弾性表面波共振子1を得る。
上述したように、弾性表面波共振子1の製造方法は、メタライズパターン11bを、ベース部11の底面11aに、平面視で弾性表面波素子片20の他方の主面28の隅部28a,28b,28c,28dと重ならないように形成する。
そして、弾性表面波共振子1の製造方法は、メタライズパターン11bの位置を画像認識して、弾性表面波素子片20の他方の主面28の隅部28a,28b,28c,28dがメタライズパターン11bに重ならないように、弾性表面波素子片20をメタライズパターン11b上に実装する。
このことから、弾性表面波共振子1の製造方法は、前述した作用・効果を有する弾性表面波共振子1を提供することができる。
なお、メタライズパターン11bの形状は、図1の形状に限定するものではなく、平面視で弾性表面波素子片20の他方の主面28の隅部28a,28b,28c,28dと重ならない形状であればよい。
(変形例)
以下、メタライズパターン11bの形状を変更した変形例について、図3、図4を参照して説明する。
図3、図4は、弾性表面波共振子1の変形例を示す模式平面図である。なお、図3、図4では、理解を容易にするために、一部の構成部品、弾性表面波素子片20の電極類などを省略し、弾性表面波素子片20の外形を2点鎖線で表している。
また、メタライズパターン11bには、ハッチングを施している。なお、上記実施形態との共通部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
弾性表面波共振子1のメタライズパターン11bの形状は、上記実施形態の形状以外に図3、図4に示すような形状にしてもよい。
図3(a)のメタライズパターン11bは、上記実施形態の形状と比較して、紙面下側が短くなり、ベース部11の側壁11jから離れた形状で形成されている。
図3(b)のメタライズパターン11bは、上記実施形態の形状と比較して、紙面上側が長くなり、ベース部11の接続端子部11cの側壁11kに接触した形状で形成されている。
図3(c)のメタライズパターン11bは、上記実施形態の形状と比較して、紙面上側が長くなり、弾性表面波素子片20の外形に一致した形状で形成されている。
図4(a)のメタライズパターン11bは、上記実施形態の形状と比較して、形成箇所が2箇所になり、2つのメタライズパターン11b,11bが並んで形成されている。
図4(b)のメタライズパターン11bは、上記実施形態の形状と比較して、メタライズパターン11bの形成方向が90°異なり、メタライズパターン11bの長辺が弾性表面波素子片20の長辺に沿って形成されている。なお、この場合は、弾性表面波素子片20の弾性表面波の伝播方向が、メタライズパターン11bの長辺と略直交するように構成されていることが好ましい。
図4(c)のメタライズパターン11bは、上記実施形態の形状と比較して、矩形形状ではなく、十字形状に形成されている。
なお、メタライズパターン11bの形状は、図3、図4に示す形状以外に、円形、楕円形、三角形、五角形以上の多角形などでもよい。
なお、上記実施形態及び変形例において、接続端子部11cは、弾性表面波素子片20を挟んで、ベース部11の両側に形成されていてもよい。
なお、上記実施形態及び変形例では、電子デバイスの一例として弾性表面波共振子について説明したが、これに限定するものではなく、弾性表面波発振器及び弾性表面波フィルタなどでもよい。
また、上記実施形態及び変形例は、電子素子として、半導体チップ、チップ抵抗、チップコンデンサなどのチップ状の電子部品にも適用できる。従って、上記実施形態及び変形例は、これらの電子部品が実装された電子デバイスにも適用できる。
本実施形態の弾性表面波共振子の概略構成を示す構成図。 本実施形態の弾性表面波共振子の製造方法を工程順に示す断面図。 弾性表面波共振子の変形例を示す模式平面図。 弾性表面波共振子の変形例を示す模式平面図。
符号の説明
1…電子デバイスとしての弾性表面波共振子、10…パッケージ、11…ベース部、11a…一面としての底面、11b…メタライズパターン、20…電子素子としての弾性表面波素子片、28…実装面としての他方の主面、28a,28b,28c,28d…隅部。

Claims (2)

  1. 絶縁体であるベース部および前記ベース部の一方の主面に突出して設けられているメタライズパターンを有しているパッケージと、
    基板および前記基板の一方の主面に弾性表面波を励振するためのすだれ状電極、前記すだれ状電極をはさんで配置されている第一と第二の反射器を有し、かつ前記一方の主面に対し前記基板の裏側の実装面が前記メタライズパターンに対向し、更に平面視で前記すだれ状電極が前記メタライズパターンに重なって、前記パッケージに収容されている弾性表面波素子片と、
    前記メタライズパターンと前記実装面との間にあり、前記弾性表面波素子片と前記パッケージとを固定している接合部材と、
    を有し、
    平面視で前記基板の弾性表面波の伝搬方向側にある前記実装面のそれぞれの端から前記接合部材までの領域と前記パッケージとの間に空間があり、平面視で前記第一と第二の反射器が前記空間と重なっていることを特徴とする電子デバイス。
  2. 請求項に記載の電子デバイスにおいて、
    前記パッケージは、前記ベース部に前記弾性表面波素子片と接続されている接続端子を有し、
    面視において前記接続端子と前記メタライズパターンとの間に前記ベース部の一方の主面が露出して介在していることを特徴とする電子デバイス。
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