JP2016086326A - Piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば電子機器等に用いられる圧電デバイスに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric device used in, for example, electronic equipment.
圧電デバイスは、圧電素子の圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させるものである。基板と、この基板の主面に設けられる枠体と、基板と枠体とで設けられた凹部と、凹部内に実装された圧電素子と、枠体と隣接するようにして基板に実装された集積回路素子と、凹部を気密封止する蓋体と、を備えた圧電デバイスが提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。
A piezoelectric device generates a specific frequency using the piezoelectric effect of a piezoelectric element. Mounted on the substrate so as to be adjacent to the substrate, a frame provided on the main surface of the substrate, a recess provided by the substrate and the frame, a piezoelectric element mounted in the recess, and the frame A piezoelectric device including an integrated circuit element and a lid that hermetically seals a recess has been proposed (see, for example,
上述した圧電デバイスは、集積回路素子が基板に導電性接合材を介して実装されている。このような圧電デバイスを電子機器等の実装基板上に実装した際に、基板に反りが生じてしまい、導電性接合材に応力がかかることで亀裂が生じることで、集積回路素子と導電性接合材との界面が剥がれ、集積回路素子の導通不良を起こしてしまう虞があった。 In the piezoelectric device described above, an integrated circuit element is mounted on a substrate via a conductive bonding material. When such a piezoelectric device is mounted on a mounting substrate such as an electronic device, the substrate is warped, and a stress is applied to the conductive bonding material to cause a crack, so that the integrated circuit element and the conductive bonding are connected. There is a risk that the interface with the material may be peeled off, resulting in poor conduction of the integrated circuit element.
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、導電性接合材にかかる応力を緩和し、集積回路素子の導通不良を低減することが可能な圧電デバイスを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a piezoelectric device that can relieve stress applied to a conductive bonding material and reduce conduction failure of an integrated circuit element.
本発明の一つの態様による圧電デバイスは、圧電素子実装領域と集積回路素子実装領域とを有する矩形状の基板と、圧電素子実装領域の上面に実装された圧電素子と、封止基部と、封止基部の下面の外周縁に設けられている封止枠部とからなる蓋体と、封止枠部の下面と基板の圧電素子実装領域の上面との間に設けられている接合部材と、基板の集積回路素子実装領域の上面に実装され、圧電素子と電気的に接続されている集積回路素子と、圧電素子実装領域及び集積回路素子実装領域の上面及び集積回路素子を覆うようにして設けられている絶縁性樹脂と、を備えている。 A piezoelectric device according to an aspect of the present invention includes a rectangular substrate having a piezoelectric element mounting area and an integrated circuit element mounting area, a piezoelectric element mounted on the upper surface of the piezoelectric element mounting area, a sealing base, and a sealing base. A lid formed of a sealing frame portion provided on the outer peripheral edge of the lower surface of the stop base portion, a bonding member provided between the lower surface of the sealing frame portion and the upper surface of the piezoelectric element mounting region of the substrate, An integrated circuit element mounted on the upper surface of the integrated circuit element mounting area of the substrate and electrically connected to the piezoelectric element, and provided so as to cover the piezoelectric element mounting area, the upper surface of the integrated circuit element mounting area, and the integrated circuit element An insulating resin.
本発明の一つの態様による圧電デバイスは、圧電素子実装領域と集積回路素子実装領域とを有する矩形状の基板と、圧電素子実装領域の上面に実装された圧電素子と、封止基部と、封止基部の下面の外周縁に設けられている封止枠部とからなる蓋体と、封止枠部の下面と基板の圧電素子実装領域の上面との間に設けられている接合部材と、基板の集積回路素子実装領域の上面に実装され、圧電素子と電気的に接続されている集積回路素子と、圧電素子実装領域及び集積回路素子実装領域の上面及び集積回路素子を覆うようにして設けられている絶縁性樹脂と、を備えている。このような圧電デバイスを電子機器等の実装基板上に実装した際に、仮に基板に応力がかかってしまっても、絶縁性樹脂が圧電素子実装領域及び集積回路素子実装領域の上面及び集積回路素子を覆うようにして設けられていることにより、絶縁性樹脂によって応力が分散されるため、導電性接合材にのみ応力が加わることを緩和することができるため、集積回路素子と導電性接合材との界面が剥がれてしまうことを抑えつつ、集積回路素子の導通不良を低減することができる。 A piezoelectric device according to an aspect of the present invention includes a rectangular substrate having a piezoelectric element mounting area and an integrated circuit element mounting area, a piezoelectric element mounted on the upper surface of the piezoelectric element mounting area, a sealing base, and a sealing base. A lid formed of a sealing frame portion provided on the outer peripheral edge of the lower surface of the stop base portion, a bonding member provided between the lower surface of the sealing frame portion and the upper surface of the piezoelectric element mounting region of the substrate, An integrated circuit element mounted on the upper surface of the integrated circuit element mounting area of the substrate and electrically connected to the piezoelectric element, and provided so as to cover the piezoelectric element mounting area, the upper surface of the integrated circuit element mounting area, and the integrated circuit element An insulating resin. When such a piezoelectric device is mounted on a mounting substrate such as an electronic device, even if stress is applied to the substrate, the insulating resin remains on the upper surface of the piezoelectric element mounting region, the integrated circuit element mounting region, and the integrated circuit element. Since the stress is dispersed by the insulating resin, the stress applied only to the conductive bonding material can be mitigated, so that the integrated circuit element and the conductive bonding material It is possible to reduce the conduction failure of the integrated circuit element while suppressing the peeling of the interface.
本実施形態における圧電デバイスは、図1〜図4に示されているように、基板110と、基板110の上面に実装された圧電素子120及び集積回路素子160と、圧電素子120を気密封止するための蓋体130と、を含んでいる。このような圧電デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。
As shown in FIGS. 1 to 4, the piezoelectric device according to the present embodiment hermetically seals the
基板110は、矩形状であり、上面で実装された圧電素子120及び集積回路素子160を実装するための実装部材として機能するものである。基板110には、図3及び図4に示されているように、圧電素子120を実装するための圧電素子実装領域Xと、集積回路素子160を実装するための集積回路素子実装領域Yが設けられている。圧電素子実装領域X及び集積回路素子実装領域Yは、矩形状であり、隣接するようにして形成されている。圧電素子実装領域X内には、基板110の一辺に沿って、圧電素子120を接合するための一対の電極パッド111が隣接するようにして設けられている。一対の電極パッド111は、第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bとで構成されている。基板110の下には、六つの外部端子112が設けられている。また、六つの外部端子112の内の二つである第三外部端子112c及び第四外部端子112dは、圧電素子120と電気的に接続されて、圧電素子120の入出力端子として用いられる。
The
圧電素子実装領域Xは、図3及び図4に示されているように、基板110の短辺と、基板の長辺110及び架空線Lによって、囲まれている領域である。また、集積回路素子実装領域は、基板110の短辺と向かい合う位置にある短辺と、基板の長辺110及び架空線Lによって、囲まれている領域である。集積回路素子実装領域Y内の中央付近には、集積回路素子160を接合するための一対の接続パッド115が設けられている。接続パッド115は、第一接続パッド115aと第二接続パッド115bによって構成されている。また、六つの外部端子112の内の残りの四つである第一外部端子112a、第二外部端子112b、第五外部端子112e及び第六外部端子112fは、集積回路素子160と電気的に接続されている。
The piezoelectric element mounting region X is a region surrounded by the short side of the
基板110は、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板110は、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板110の上面には、上面に設けられた一対の電極パッド111a、111bと下面の第三外部端子112c、第四外部端子112dとを電気的に接続するための配線パターン113がそれぞれ設けられている。基板110の下面には、上面に設けられた一対の電極パッド111a、111bと下面の第三外部端子112c、第四外部端子112dとを電気的に接続するための接続パターン116がそれぞれ設けられている。
The
基板110の第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bは、図1〜図4に示すように、圧電素子120を実装するために用いられている。第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bは、図3に示すように、圧電素子実装領域X内で、基板110の一辺に沿って設けられている。また、電極パッド111は、基板110の上面に設けられた配線パターン113と、基板内に設けられた導体部114及び基板110の下面に設けられた接続パターン116を介して、外部端子112と電気的に接続されている。外部端子112は、基板110の下面の外周縁に沿って設けられている。
The
電極パッド111は、図3(a)及び図3(b)に示されているように、第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bによって構成されている。また、外部端子112は、図3に示されているように第一外部端子112a、第二外部端子112b、第三外部端子112c、第四外部端子112d、第五外部端子112e及び第六外部端子112fによって構成されている。配線パターン113は、図3(a)に示されているように、第一配線パターン113a、第二配線パターン113b、第三配線パターン113c、第四配線パターン113d及び第五配線パターン113e、第六配線パターン113f、第七配線パターン113g及び第八配線パターン113hによって構成されている。導体部114は、図3に示されているように、第一導体部114a、第二導体部114b、第三導体部114c、第四導体部114d、第五導体部114e及び第六導体部114fによって構成されている。接続パッド115は、図3(a)に示されているように、第一接続パッド115a、第二接続パッド115b、第三接続パッド115c、第四接続パッド115d、第五接続パッド115e及び第六接続パッド115fによって構成されている。また、接続パターン116は、図3(b)に示されているように、第一接続パターン116a及び第二接続パターン116bによって構成されている。
As shown in FIG. 3A and FIG. 3B, the
第一電極パッド111aは、図3に示されているように、基板110の上面に設けられている第四配線パターン113dの一端と接続されている。基板110の上面に設けられた第四配線パターン113dの他端は、第四接続パッド115dと接続されている。第六配線パターン113fの一端は、第四配線パターン113dと電気的に接続されており、第六配線パターン113fの他端は、第四導体部114dを介して第四外部端子112dと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド111aは、第四外部端子112dと電気的に接続されている。また、第二電極パッド111bは、基板110の上面に設けられている第三配線パターン113cの一端と接続されている。基板110の上面に設けられた第三配線パターン113cの他端は、第三接続パッド115cと接続されている。第五配線パターン113eの一端は、第三配線パターン113cと電気的に接続されており、第五配線パターン113eの他端は、第三導体部114cを介して第三外部端子112cと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド111bは、第三外部端子112cと電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3, the
外部端子112は、外部の電子機器等を構成する実装基板上に実装するために用いられている。外部端子112は、基板110の下面の外周縁に沿って六つ設けられている。外部端子112の六つの内の二つの端子は、基板110の上面に設けられた一対の電極パッド111とそれぞれ電気的に接続されている。また、第三外部端子112c及び第四外部端子112dは、圧電素子120の特性を測定するために用いる圧電素子用測定端子として用いられる。
The
配線パターン113は、基板110の上面に設けられ、電極パッド111及び外部端子112から近傍の導体部114に向けて引き出されている。また、配線パターン113は、図3に示すように、第一配線パターン113a、第二配線パターン113b、第三配線パターン113c、第四配線パターン11に3d、第五配線パターン113e、第六配線パターン113f、第七配線パターン113g及び第八配線パターン113hによって構成されている。
The
導体部114は、基板110の内部に設けられ、その両端は、外部端子112、配線パターン113又は接続パターン115と電気的に接続されている。導体部114は、基板110に設けられた貫通孔の内部に導体を充填することで設けられている。また、導体部114は、図3に示すように、第一導体部114a、第二導体部114b、第三導体部114c、第四導体部114d、第五導体部114e及び第六導体部114fによって構成されている。
The
接続パッド115は、集積回路素子160を実装するためのものである。また、接続パッド115は、図3に示すように、第一接続パッド115a、第二接続パッド115b、第三接続パッド115c、第四接続パッド115d、第五接続パッド115e及び第六接続パッド115fによって構成されている。また、接続パッド115は、基板110の上面に設けられた配線パターン113と、基板110内に設けられた導体部114及び基板110の下面に設けられた接続パターン116を介して、外部端子112と電気的に接続されている。
The
第一接続パッド115aは、図3に示されているように、基板110の上面に設けられている第一配線パターン113aの一端と接続されている。基板110の上面に設けられた第一配線パターン113aの他端は、第一導体部114aを介して、基板110の下面に設けられた第一外部端子112aと接続されている。第二接続パッド115bは、図3に示されているように、基板110の上面に設けられている第二配線パターン113bの一端と接続されている。基板110の上面に設けられた第二配線パターン113bの他端は、第二導体部114bを介して、基板110の下面に設けられた第二外部端子112bと接続されている。第五接続パッド115eは、図3に示されているように、基板110の上面に設けられている第七配線パターン113gの一端と接続されている。基板110の上面に設けられた第七配線パターン113gの他端は、第五導体部114eを介して、基板の下面に設けられた第一接続パターン116aの一端と接続されている。基板110の下面に設けられた第一接続パターン116aの他端は、図3に示されているように、第五外部端子112eと電気的に接続されている。よって、第五接続パッド115eは、第五外部端子112eと電気的に接続されている。また、第六接続パッド115fは、図3に示されているように、基板110の上面に設けられている第八配線パターン113hの一端と接続されている。基板110の上面に設けられた第八配線パターン113hの他端は、第六導体部114fを介して、基板の下面に設けられた第二接続パターン116bの一端と接続されている。基板110の下面に設けられた第二接続パターン116bの他端は、図3に示されているように、第六外部端子112fと電気的に接続されている。よって、第六接続パッド115fは、第六外部端子112fと電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3, the first connection pad 115 a is connected to one end of a
接続パターン116は、基板110の下面に設けられ、外部端子112から基板110の導体部114に向けて引き出されている。接続パターン116は、図3に示すように、第一接続パターン116a及び第二接続パターン116bによって構成されている。
The
ここで、基板110の作製方法について説明する。基板110がアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド111、外部端子112、配線パターン113、導体部114、接続パッド115及び接続パターン116となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。
Here, a method for manufacturing the
圧電素子120は、図1及び図2に示されているように、導電性接着剤140を介して電極パッド111上に接合されている。圧電素子120は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、圧電素子120は、図1及び図2に示されているように、水晶素板121の上面及び下面のそれぞれに励振用電極122及び引き出し電極123を被着させた構造を有している。励振用電極122は、水晶素板121の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極122は、上面に第一励振用電極122aと、下面に第二励振用電極122bを備えている。引き出し電極123は、励振用電極122から水晶素板121の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引き出し電極123は、上面に第一引き出し電極123aと、下面に第二引き出し電極123bとを備えている。第一引き出し電極123aは、第一励振用電極122aから引き出されており、水晶素板121の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引き出し電極123bは、第二励振用電極122bから引き出されており、水晶素板121の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引き出し電極123は、水晶素板121の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド111a及び第二電極パッド111bと接続されている圧電素子120の一端を基板110の上面と接続した固定端とし、他端を基板110の上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて圧電素子120が基板110上に固定されている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the
ここで、圧電素子120の動作について説明する。圧電素子120は、外部からの交番電圧が引き出し電極123から励振用電極122を介して水晶素板121に印加されると、水晶素板121が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
Here, the operation of the
ここで、圧電素子120の作製方法について説明する。まず、圧電素子120は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板121の外周の厚みを薄くし、水晶素板121の外周部と比べて水晶素板121の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、圧電素子120は、水晶素板121の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極122、引き出し電極123を形成することにより作製される。
Here, a method for manufacturing the
圧電素子120の基板110への接合方法について説明する。まず、導電性接着剤140は、例えばディスペンサによって第一電極パッド111a及び第二電極パッド111b上に塗布される。圧電素子120は、導電性接着剤140上に搬送され、導電性接着剤140上に載置される。そして導電性接着剤140は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。圧電素子120は、電極パッド111に接合される。つまり、圧電素子120の第一引き出し電極123aは、第二電極パッド111bと接合され、第二引き出し電極123bは、第一電極パッド111aと接合される。これによって、第二外部端子112bと第四外部端子112dが圧電素子120と電気的に接続されることになる。
A method for bonding the
導電性接着剤140は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。
The
集積回路素子160は、例えば、複数個の接続パッドを有した矩形状のフリップチップ型集積回路素子が用いられ、その回路形成面(上面)には、周囲の温度状態を検知する温度センサー、圧電素子120の温度特性を補償する温度補償データを格納するための記憶素子部、温度補償データに基づいて圧電素子120の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路部、その温度補償回路部に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路部が設けられている。この発振回路部で生成された出力信号は、基板110の下面に設けられた第一外部端子112aを介して圧電デバイスの外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。
As the
記憶素子部は、PROMやEEPROMにより構成されている。温度補償関数である下記に示す三次関数のもととなるパラメータ、例えば三次成分調整値α、一次成分調整値β、0次成分調整値γの各値の温度補償用制御データが第五外部端子112eである書込読込端子から入力され保存される。記憶素子部には、レジスタマップが記憶されている。レジスタマップとは、各アドレスデータに制御データを入力した場合、制御部がそのデータを読み取り、信号を出力し、どのような動作を行なうかを示したものである。
The storage element unit is composed of PROM or EEPROM. The temperature compensation control data for the following third-order function, which is the temperature compensation function, for example, the third-order component adjustment value α, the first-order component adjustment value β, and the zero-order component adjustment value γ are temperature compensation control data. It is inputted from the writing /
温度補償回路部は、三次関数発生回路や五次関数発生回路等によって構成されている。例えば、三次関数発生回路の場合は、その記憶素子部に入力された温度補償用制御データを読出して、温度補償用制御データから各温度に対して三次関数で導き出された電圧を発生させる。尚、この時の外部の周囲温度は、集積回路素子160内の温度センサーより得られる。温度補償回路部は、可変容量ダイオードのカソードと接続されており、温度補償回路部からの電圧が印加される。このように、可変容量ダイオードに温度補償回路部からの電圧を印加することよって、圧電素子120の周波数温度特性を補正することにより、周波数温度特性が平坦化される。
The temperature compensation circuit unit includes a cubic function generating circuit, a quintic function generating circuit, and the like. For example, in the case of a cubic function generation circuit, the temperature compensation control data input to the storage element section is read, and a voltage derived from the temperature compensation control data with a cubic function is generated for each temperature. The external ambient temperature at this time is obtained from a temperature sensor in the
集積回路素子160は、図2(b)に示すように、基板110の上面に設けられた接続パッド115に半田等の導電性接合材170を介して実装されている。また、集積回路素子160の接続端子161は、接続パッド115に接続されている。接続パッド115は、配線パターン113、導体部114及び接続パターン116を介して外部端子112と電気的に接続されている。この第二外部端子112bは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランドと接続されている実装パッドと接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。よって、集積回路素子160の接続端子161の内の一つは、基準電位であるグランドに接続されることになる。
As shown in FIG. 2B, the
集積回路素子160の基板110への接合方法について説明する。まず、導電性接合材170は、例えばディスペンサによって接続パッド115に塗布される。集積回路素子160は、導電性接合材170上に載置される。そして導電性接合材170は、加熱させることによって溶融接合される。よって、集積回路素子160は、接続パッド115に接合される。
A method for bonding the integrated
また、集積回路素子160は、図1及び図2に示すように、矩形状であり、その下面に六つの接続端子161が設けられている。接続端子161は、一辺に沿って三つ設けられており、その一辺と向かい合う一辺に沿って三つ設けられている。集積回路素子160の長辺の長さは、0.5〜1.2mmであり、短辺の長さは、0.3〜1.0mmとなっている。集積回路素子160の厚み方向の長さは、0.1〜0.3mmとなっている。
The
導電性接合材170は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材170には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が95〜97.5%、銀が2〜4%、銅が0.5〜1.0%のものが使用されている。
The
導電性接合材170は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材170には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が95〜98%、銀が2〜4%、銅が0〜1.0%のものが使用されている。
The
蓋体130は、矩形状の封止基部130aと、封止基部130aの下面の外周縁に沿って設けられている封止枠部130bとで構成されており、封止基部130aの下面と封止枠部130bの内側側面とで収容空間Kが形成されている。封止枠部130bは、封止基部130aの下面に収容空間Kを形成するためのものである。封止枠部130bは、封止基部130aの下面の外縁に沿って設けられている。
The
封止基部130a及び封止枠部130bは、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなり、一体的に形成されている。このような蓋体130は、真空状態にある収容空間K又は窒素ガスなどが充填された収容空間Kを気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体130は、所定雰囲気で、基板110の上面に載置され、基板110の上面と封止枠部130bの下面との間に設けられた接合部材150とが熱が印加されることで、溶融接合される。
The sealing base portion 130a and the sealing frame portion 130b are made of, for example, an alloy containing at least one of iron, nickel, and cobalt, and are integrally formed. Such a
接合部材150は、蓋体130の下面と基板110の上面の外周縁とを接合するために用いられている。接合部材150は、図2に示すように、封止枠部130bの下面から基板110上の外周縁上にかけて設けられている。また、接合部材150は、平面視して、基板110の圧電素子実装領域X上に設けられた第四配線パターン113dの外周縁に沿って設けられている。このようにすることによって、接合部材150が、第四配線パターン113dの段差により基板110の外周縁に留められるため、圧電素子120の固定端側から圧電素子実装領域Xの中心方向に向かって入り込むことを低減することができる。このように、圧電素子実装領域Xに向かって入り込むことを低減することで、圧電素子120に接合部材150が付着することを少しでも抑えることが可能となる
The joining
接合部材150は、300℃〜400℃で溶融するガラスである例えばバナジウムを含有した低融点ガラス又は酸化鉛系ガラスから構成されている。ガラスは、バインダーと溶剤とが加えられペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接着する。接合部材150は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で封止枠部130bの下面に沿って環状に塗布され乾燥することで設けられる。また、この酸化鉛系ガラスの組成は、酸化鉛、フッ化鉛、二酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化第二鉄、酸化銅及び酸化カルシウムとから構成されている。
The joining
絶縁性樹脂180は、集積回路素子160と基板110aの下面との接着強度を高めると共に、電子機器等の実装基板上に実装する際に用いる半田等が、集積回路素子160に被着することを抑えつつ、その半田等が集積回路素子160の接続端子161間に付着することを抑えるためのものである。絶縁性樹脂180は、図2及び図4に示すように、集積回路素子160を被覆すると共に、集積回路素子160と基板110との間、基板110の圧電素子実装領域Xの上面及び集積回路素子実装領域Yの上面に設けられている。絶縁性樹脂180は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。絶縁性樹脂180の弾性率は、例えば、エポキシ樹脂の場合には、1〜3GPaである。
The insulating
また、絶縁性樹脂180は、蓋体130の封止枠体130bと接合されている。このようにすることで、仮に圧電デバイスが電子機器等の実装基板に実装されている場合に、この実装基板に実装されている他のパワーアンプ等の電子部品が発熱し、その熱が実装基板を介して基板110の上面に接合されている集積回路素子150に伝わったとしても、その熱が絶縁性樹脂180から蓋体130に伝わることになる。最後に、熱が絶縁性樹脂180から大気中に放出されると共に、絶縁性樹脂180から蓋体130に熱の一部が伝わり、蓋体130からも熱が大気中に放出される。このようにすることで、基板110aに実装された集積回路素子160に対して熱の影響をさらに緩和することができる。
The insulating
また、絶縁性樹脂180が、蓋体130を囲むようにして封止枠部130bと接合されている。このようにすることにより、絶縁性樹脂180にて、蓋体130と基板110との界面である封止部材150の周囲を保護することができるため、気密性を向上させることができる。また、このようにすることで、仮に圧電デバイスに衝撃が加わったとしても、絶縁性樹脂180が蓋体130を囲むように形成されているため、絶縁性樹脂180により衝撃を吸収し、圧電素子120に衝撃が加わることを抑えるため、電極パッド111から圧電素子120が剥がれてしまうことを抑えることができる。
Further, the insulating
また、絶縁性樹脂180と蓋体130の側面とが接合している部分の上下方向の高さが、蓋体130の上下方向の高さより低くなるようにして設けられていることが望ましい。例えば、絶縁性樹脂180と蓋体130の封止枠部130bの側面とが接着している部分の上下方向の高さは、蓋体130の封止枠部130bの上下方向の高さの10%の高さより高く、蓋体130の上下方向の高さの90%の高さより低くなっている。仮に蓋体130に接着している絶縁性樹脂180の高さが、蓋体130の上下方向の高さの10%より低い場合には、蓋体130と集積回路素子150との間であって基板110の上面に存在する絶縁性樹脂180の量が少なくなるため、基板110の剛性が低くなり、外力による基板110の歪みの量が大きくなってしまうことがある。また、蓋体130に接合している絶縁性樹脂180の高さが、蓋体130の上下方向の高さの90%より高い場合には、絶縁性樹脂180を塗布したときに、蓋体130の上面に絶縁性樹脂180が付着し、絶縁性樹脂180が硬化するときに蓋体130が変形してしまう虞がある。よって、絶縁性樹脂180と蓋体130の側面とが接着している部分の上下方向の高さを、蓋体130の上下方向の高さの10%〜90%となるようにすることで、外力により基板110に生じる歪みの量を抑えつつ、絶縁性樹脂180により蓋体130が変形してしまうことを低減させることが可能となる。例えば、蓋体130の上下方向の高さが1.0mmの場合、蓋体130と絶縁性樹脂180とが接着している部分の高さは、0.1mm以上でかつ0.9mm以下となっていることが望ましく、例えば、0.7mmの高さとなっている。
In addition, it is desirable that the height in the vertical direction of the portion where the insulating
次に、絶縁性樹脂180の塗布方法は、未硬化状態の絶縁性樹脂180が集積回路素子150と蓋体との間に塗布し、集積回路素子150と基板110との間に充填される。充填は、例えば、ディスペンサによって行われる。その後、常温の雰囲気によって、又は、リフロー炉等による加熱によって、絶縁性樹脂180は硬化される。
Next, as a method for applying the insulating
本実施形態における圧電デバイスは、圧電素子実装領域Xと集積回路素子実装領域Yとを有する矩形状の基板110と、圧電素子実装領域Xの上面に実装された圧電素子120と、封止基部130aと、封止基部130aの下面の外周縁に設けられている封止枠部130bとからなる蓋体130と、封止枠部130bの下面と基板110の圧電素子実装領域Xの上面との間に設けられている接合部材150と、基板110の集積回路素子実装領域Yの上面に実装され、圧電素子120と電気的に接続されている集積回路素子160と、圧電素子実装領域X及び集積回路素子実装領域Yの上面及び集積回路素子150を覆うようにして設けられている絶縁性樹脂180と、を備えている。このような圧電デバイスを電子機器等の実装基板上に実装した際に、仮に基板110に応力がかかってしまっても、絶縁性樹脂180が圧電素子実装領域X及び集積回路素子実装領域Yの上面及び集積回路素子160を覆うようにして設けられていることにより、絶縁性樹脂180によって応力が分散されるため、導電性接合材170にのみ応力が加わることを緩和することができるため、集積回路素子160と導電性接合材170との界面が剥がれてしまうことを抑えつつ、集積回路素子160の導通不良を低減することができる。
The piezoelectric device according to the present embodiment includes a
また、本実施形態における圧電デバイスは、絶縁性樹脂180が蓋体130の側面と接合している。このようにすることで、仮に圧電デバイスが電子機器等の実装基板に実装されている場合に、この実装基板に実装されている他のパワーアンプ等の電子部品が発熱し、その熱が実装基板を介して基板110の上面に接合されている集積回路素子150に伝わったとしても、その熱が絶縁性樹脂180から絶縁性樹脂180と接合されている蓋体130に伝わることになる。最後に、熱が絶縁性樹脂180から大気中に放出されると共に、絶縁性樹脂180から蓋体130に熱の一部が伝わり、蓋体130からも熱が大気中に放出される。このようにすることで、基板110に実装された集積回路素子160に対して熱の影響をさらに緩和することができる。
In the piezoelectric device according to this embodiment, the insulating
また、本実施形態における圧電デバイスは、絶縁性樹脂180が、蓋体130を囲むようにして封止枠部130bと接合されている。このようにすることにより、絶縁性樹脂180にて、蓋体130と基板110との界面である封止部材150の周囲を保護することができるため、気密性を向上させることができる。また、このようにすることで、仮に圧電デバイスに衝撃が加わったとしても、絶縁性樹脂180が蓋体130を囲むように形成されているため、絶縁性樹脂180により衝撃を吸収し、圧電素子120に衝撃が加わることを抑えるため、電極パッド111から圧電素子120が剥がれてしまうことを抑えることができる。
In the piezoelectric device according to the present embodiment, the insulating
また、本実施形態における圧電デバイスは、絶縁性樹脂180が、絶縁性樹脂180と蓋体130の側面とが接合している部分の上下方向の高さが、蓋体130の上下方向の高さより低くなるようにして設けられている。このように、絶縁性樹脂180と蓋体130の側面とが接着している部分の上下方向の高さを、蓋体130の上下方向の高さよりも低くなうようにすることで、外力により基板110に生じる歪みの量を抑えつつ、絶縁性樹脂180により蓋体130が変形してしまうことを低減させることが可能となる。
In the piezoelectric device according to the present embodiment, the vertical height of the portion of the insulating
(第一変形例)
以下、本実施形態の第一変形例における圧電デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第一変形例における圧電デバイスのうち、上述した圧電デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第一変形例における圧電デバイスは、図5及び図6に示されているように、電極パッド211と外部端子212とを電気的に切り離すための切断部217が基板210上に設けられている点において、本実施形態と異なる。
(First modification)
Hereinafter, the piezoelectric device according to the first modification of the present embodiment will be described. In addition, about the piezoelectric device in the 1st modification of this embodiment, about the part similar to the piezoelectric device mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably. As shown in FIGS. 5 and 6, the piezoelectric device according to the first modification of the present embodiment is provided with a cutting
外部端子212は、図6に示されているように第一外部端子212a、第二外部端子112b、第三外部端子212c及び第四外部端子212dによって構成されている。配線パターン213は、図6(a)に示されているように、第一配線パターン213a、第二配線パターン213b、第三配線パターン213c、第四配線パターン213d及び第五配線パターン213e及び第六配線パターン213fによって構成されている。また、導体部214は、図6に示されているように、第一導体部214a、第二導体部214b、第三導体部214c及び第四導体部214dによって構成されている。接続パターン216は、第一接続パターン216a及び第二接続パターン216bによって構成されている。切断部217は、第一切断部217a及び第二切断部217bによって構成されている。
As shown in FIG. 6, the
第一電極パッド211aは、図6に示されているように、基板210の上面に設けられている第四配線パターン213dの一端と接続されている。基板210の上面に設けられた第四配線パターン213dの他端は、第四接続パッド215d及び第二切断部217bと接続されている。また、第二配線パターン213bの一端は、第二切断部217bと接続されており、第二配線パターン213bの他端は、第二接続パッド215b及び第二導体部214bと接続されている。また、第二導体部214bは、第二外部端子212bと電気的に接続されている。よって、第一電極パッド211aは、第二外部端子212bと電気的に接続されている。また、第二電極パッド211bは、基板210の上面に設けられている第三配線パターン213cの一端と接続されている。基板210の上面に設けられた第三配線パターン213cの他端は、第三接続パッド215cを介して、第一切断部217aと接続されている。また、第一配線パターン213aの一端は、第一切断部217aと接続されており、第一配線パターン213aの他端は、第一接続パッド215a及び第一導体部214aと接続されている。また、第一導体部214aは、第一外部端子212aと電気的に接続されている。よって、第二電極パッド211bは、第一外部端子212aと電気的に接続されている。
As shown in FIG. 6, the
切断部217は、この切断部217を切断することにより、電極パッド211と外部端子212とを電気的に切り離すためのものである。第一切断部217aは、第一配線パターン213aと第三配線パターン213cとの間に設けられており、第二切断部217bは、第二配線パターン213bと第四配線パターン213dとの間に設けられている。
The cutting
本実施形態における圧電デバイスは、電極パッド211と外部端子212とを電気的に切り離すための切断部217が基板210上に設けられている。このようにすることにより、第一外部端子212a及び第二外部端子212bは、第一切断部217a及び第二切断部217bを、配線パターン213間から切断するまでの間は、圧電素子120を測定するための圧電素子用測定端子として使用することができる。よって、本実施形態のように、基板210bの下面に新たに圧電素子用測定端子を設ける必要がないので、外部端子212の形状を大きくすることが可能となる。
In the piezoelectric device according to the present embodiment, a cutting
(第二変形例)
以下、本実施形態の第二変形例における圧電デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第二変形例における圧電デバイスのうち、上述した圧電デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第二変形例における圧電デバイスは、図7に示されているように、導体部114の上面及び下面に設けられた保護部材190と、を備えている点において、本実施形態と異なる。
(Second modification)
Hereinafter, the piezoelectric device according to the second modification of the present embodiment will be described. In addition, about the part similar to the piezoelectric device mentioned above among the piezoelectric devices in the 2nd modification of this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably. As shown in FIG. 7, the piezoelectric device according to the second modification example of the present embodiment is different from the present embodiment in that it includes a
保護部材190は、基板110の反りで導体部114の外周縁と基板110との界面から導体が剥がれてしまうことで導体部114と基板110との界面に隙間が生じることを抑え、導体部114を保護するためのものである。また、保護部材190は、図7に示すように、基板110に設けられた導体部114の上面を被覆するようにして設けられている。また、保護部材190は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で基板110に設けられた導体部114の上面に塗布され乾燥することで設けられる。また、保護部材190の上下方向の厚みは、0.01〜0.03mmとなっている。
The
保護部材190を覆うようにして、本実施形態と同様に絶縁性樹脂180が設けられている。このようにすることにより、保護部材190と絶縁性樹脂180の二つによって、基板110の反りによる導体部114の周辺の変形をさらに抑えることで導体部114の外周縁と基板110との界面から導体が剥がれてしまうことをさらに低減することができる。よって、このような圧電デバイスは、導体部114の外周縁と基板110との界面に隙間が生じることを抑えつつ、導体部114の導通性をさらに向上させることができる。
An insulating
本実施形態の第一変形例における圧電デバイスは、導体部114の上面及び下面に設けられた保護部材190と、を備えている。このようにすることにより、基板110の反りによる導体部114の周辺の変形を抑えることで導体部114の外周縁と基板110との界面から導体が剥がれてしまうことを低減することができる。よって、このような圧電デバイスは、導体部114の外周縁と基板110との界面に隙間が生じることを抑えつつ、導体部114の導通性を向上させることができる。
The piezoelectric device according to the first modification of the present embodiment includes a
(第四変形例)
以下、本実施形態の第四変形例における圧電デバイスについて説明する。なお、本実施形態の第四変形例における圧電デバイスのうち、上述した圧電デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施形態の第四変形例における圧電デバイスは、図8に示されているように、導体部314が貫通孔の内壁面に導体膜が形成されている点において本実施形態と異なる。
(Fourth modification)
Hereinafter, the piezoelectric device according to the fourth modification of the present embodiment will be described. Note that, in the piezoelectric device according to the fourth modified example of the present embodiment, the same portions as those of the above-described piezoelectric device are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. As shown in FIG. 8, the piezoelectric device according to the fourth modification example of the present embodiment is different from the present embodiment in that the
導体部314は、図8に示されているように、貫通孔の内壁面に導体膜が形成されていることで設けられている。導体部314の両端は、本実施形態と同様に外部端子312、配線パターン313又は接続パターン316と電気的に接続されている。また、導体部314は、図8に示すように、第一導体部314a、第二導体部314b、第三導体部314c、第四導体部314d、第五導体部314e及び第六導体部314fによって構成されている。
As shown in FIG. 8, the
本実施形態の第四変形例における圧電デバイスは、本実施形態と同様の効果に加えて、貫通孔の内壁面にのみ形成された導体膜は、本実施形態と比較し、基板310の反りによる導体部314の周辺の変形に、より柔軟に変形することができるため、導体部314の導通性を向上させることができる。また、第三変形例における圧電デバイスを構成する基板310は、本実施形態における圧電デバイスを構成する基板110よりも、安価にすることでき、生産性を向上させることができる。
In the piezoelectric device according to the fourth modification of the present embodiment, in addition to the same effects as those of the present embodiment, the conductor film formed only on the inner wall surface of the through hole is caused by the warp of the
尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上記の実施形態では、圧電素子は、AT用圧電素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲圧電素子を用いても構わない。 In addition, it is not limited to this embodiment, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. In the above embodiment, the case where the piezoelectric element is an AT piezoelectric element has been described. However, a tuning fork-type bending having a base and two flat-plate-shaped vibrating arms extending in the same direction from the side surface of the base is described. A piezoelectric element may be used.
また、圧電素子120のベベル加工方法について説明する。
所定の粒度のメディアと砥粒とを備えた研磨材と、所定の大きさに形成された水晶素板121とを用意する。円筒体に用意した研磨材と水晶素板121とを入れ、円筒体の開口した端部をカバーで塞ぐ。研磨材と水晶素板121とを入れた円筒体を、円筒体の中心軸線を回転軸として回転させる水晶素板121が研磨材で研磨されてベベル加工が行われる。
A bevel processing method for the
A polishing material provided with media and abrasive grains having a predetermined particle size and a
上記の実施形態では、接合部材150が蓋体130の封止枠部130bの下面に設けられた場合を説明したが、接合部材150が基板110上面の外周縁に環状に設けられるようにしても構わない。このような接合部材150は、例えば、ガラスフリットペーストがスクリーン印刷法で基板110の圧電素子実装領域Xの外周縁に沿って塗布され乾燥することで設けられる。
In the above embodiment, the case where the joining
110、210、310・・・基板
111、211、311・・・電極パッド
112、212、312・・・外部端子
113、213、313・・・配線パターン
114、214、314・・・導体部
115、215、315・・・接続パッド
116、216、316・・・接続パターン
217・・・切断部
120・・・圧電素子
121・・・水晶素板
122・・・励振用電極
123・・・引き出し電極
130・・・蓋体
131・・・封止基部
132・・・封止枠部
140・・・導電性接着剤
150・・・接合部材
160・・・集積回路素子
170・・・導電性接合材
180・・・絶縁性樹脂
190・・・保護部材
K・・・収容空間
110, 210, 310 ...
Claims (6)
前記圧電素子実装領域の上面に実装された圧電素子と、
封止基部と、前記封止基部の下面の外周縁に設けられている封止枠部とからなる蓋体と、
前記封止枠部の下面と前記基板の圧電素子実装領域の上面との間に設けられている接合部材と、
前記基板の集積回路素子実装領域の上面に実装され、前記圧電素子と電気的に接続されている集積回路素子と、
前記圧電素子実装領域及び前記集積回路素子実装領域の上面及び前記集積回路素子を覆うようにして設けられている絶縁性樹脂と、を備えていることを特徴とする圧電デバイス。 A rectangular substrate having a piezoelectric element mounting area and an integrated circuit element mounting area;
A piezoelectric element mounted on the upper surface of the piezoelectric element mounting region;
A lid comprising a sealing base and a sealing frame provided on the outer peripheral edge of the lower surface of the sealing base;
A bonding member provided between the lower surface of the sealing frame portion and the upper surface of the piezoelectric element mounting region of the substrate;
An integrated circuit element mounted on the upper surface of the integrated circuit element mounting region of the substrate and electrically connected to the piezoelectric element;
A piezoelectric device comprising: an insulating resin provided so as to cover the piezoelectric element mounting region, the upper surface of the integrated circuit element mounting region, and the integrated circuit element.
前記絶縁性樹脂が前記蓋体の側面と接合していることを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 1,
The piezoelectric device, wherein the insulating resin is bonded to a side surface of the lid.
前記絶縁性樹脂が前記蓋体を囲むようにして前記蓋体と接合されていることを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 2,
The piezoelectric device, wherein the insulating resin is joined to the lid so as to surround the lid.
前記絶縁性樹脂と前記蓋体の側面とが接合している部分の上下方向の高さが、前記蓋体の上下方向の高さより低くなっていることを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 1,
A piezoelectric device characterized in that the vertical height of the portion where the insulating resin and the side surface of the lid are joined is lower than the vertical height of the lid.
前記基板の下面に設けられた外部端子と、
前記電極パッド及び前記外部端子と電気的に接続され、前記基板の上面に設けられた配線パターンと、
前記外部端子と電気的に接続され、前記基板の下面に設けられた接続パターンと、
前記配線パターンと、前記接続パターン又は前記外部端子とを電気的に接続され、前記基板に設けられた導体部と、を備え、
前記絶縁性樹脂が、前記導体部の上面を覆うようにして設けられていることを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 1,
An external terminal provided on the lower surface of the substrate;
A wiring pattern electrically connected to the electrode pad and the external terminal and provided on the upper surface of the substrate;
A connection pattern electrically connected to the external terminal and provided on the lower surface of the substrate;
The wiring pattern, the connection pattern or the external terminal is electrically connected, and includes a conductor portion provided on the substrate,
The piezoelectric device, wherein the insulating resin is provided so as to cover an upper surface of the conductor portion.
前記電極パッドと前記外部端子とを電気的に切り離すための切断部が前記基板上に設けられていることを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric device according to claim 5, wherein
A piezoelectric device, wherein a cutting portion for electrically separating the electrode pad and the external terminal is provided on the substrate.
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2014
- 2014-10-28 JP JP2014218865A patent/JP2016086326A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2019188675A1 (en) * | 2018-03-28 | 2019-10-03 | 株式会社大真空 | Piezoelectric vibration device |
JP2019176339A (en) * | 2018-03-28 | 2019-10-10 | 株式会社大真空 | Piezoelectric vibration device |
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