JP2014236514A - 圧電素子パッケージ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、圧電素子パッケージ及びその製造方法に関し、より詳細には、圧電素子の温度を正確に測定して温度偏差による周波数マッチングの問題を改善することができる圧電素子パッケージ及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明は、下部に複数の端子が形成されたケースと、上記ケースの内部に形成される圧電素子と、上記ケースの下部に形成される薄膜の温度測定素子と、上記ケースを密閉させるカバー部材と、を含む圧電素子パッケージ及びその製造方法を提供することができる。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、下部に複数の端子が形成されたケースと、上記ケースの内部に形成される圧電素子と、上記ケースの下部に形成される薄膜の温度測定素子と、上記ケースを密閉させるカバー部材と、を含む圧電素子パッケージ及びその製造方法を提供することができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、圧電素子パッケージ及びその製造方法に関し、より詳細には、圧電素子の温度を正確に測定して温度偏差による周波数マッチングの問題を改善することができる圧電素子パッケージ及びその製造方法に関する。
水晶振動子は、水晶発振器ともいい、ＳｉＯ２からなる石英（Ｑｕａｒｔｚ）を薄片状に製造して圧電素子と上記圧電素子の両面にＡｕ又はＡｇのような導電性物質からなる電極を形成する。上記電極に電圧を加えると、電歪効果によって応力が加わって振動が起こる。振動が起こると、圧電効果によって電極に電圧が生じ、その振動数は水晶の力学的性質やサイズによって決まり、一般に温度等の変化に安定しＱ値も非常に高い。
このような性質を用いて移動通信機器における周波数を制御するために水晶振動子が用いられる。水晶振動子の場合、広い使用温度範囲で外部の温度変化に対して一定で安定した周波数を維持しなければならない。
しかしながら、水晶振動子は、実際の温度に対して周波数変化特性を示す。したがって、水晶振動子と温度による周波数を補正する補償回路を水晶振動子に備えて水晶振動子と周波数との間の偏差を減らすことにより、より安定且つ正確な特性を有する水晶振動子を具現することができる。
下記の特許文献１は、圧電デバイス及びその製造方法に関する発明である。
本発明の目的は、温度測定素子の温度と圧電素子の温度との差を最小化することができる圧電素子パッケージ及びその製造方法を提供することである。
本発明の一形態による圧電素子パッケージは、下部に複数の端子が形成されたケースと、上記ケースの内部に形成される圧電素子と、上記ケースの下部に形成される薄膜の温度測定素子と、上記ケースの上部を密閉させるカバー部材と、を含むことができる。
本発明の一形態において、上記圧電素子は、上部に第１の励振電極が形成され、下部に第２の励振電極が形成され、上記第１及び第２の励振電極は、それぞれ上記圧電素子の下部のコーナー部分に伸びて形成されることができる。
本発明の一形態において、上記圧電素子の第１及び第２の励振電極が形成されたコーナーに対応するように、上記ケースの内部の底面のコーナーの一部に第１の圧電素子連結電極が形成されることができる。
本発明の一形態において、上記圧電素子の下部にダミー電極が形成されることができる。
本発明の一形態において、上記端子は、上記ケースの下面のコーナーにそれぞれ時計回り又は反時計回りに温度測定入力端子、温度測定出力端子、圧電素子入力端子、圧電素子出力端子が配置されることができる。
本発明の一形態において、上記カバー部材は、金属で形成されることができる。
本発明の一形態において、上記端子の一つと上記カバー部材が電気的に連結されることができる。
本発明の他の形態による圧電素子パッケージの製造方法は、上記ケースの内部に圧電素子を搭載する段階と、上記ケースの上部にカバー部材を結合する段階と、上記ケースの下部に薄膜の温度測定素子を結合する段階と、を含むことができる。
本発明による圧電素子パッケージは、薄膜型の温度測定素子を用いることにより、圧電素子と温度測定素子との温度差を最小化することができる。
具体的には、圧電素子の温度を正確に測定することができるため、圧電素子と周波数間の温度偏差を減らし、より安定且つ正確な特性を有する圧電素子を提供することができる。
本発明によれば、簡単な方法で圧電素子の正確な温度を測定することにより、外部の温度変化に対して一定で安定した周波数を維持することができる圧電素子パッケージの製造方法が提供される。
また、圧電素子が搭載されたケースと温度測定素子を別途に製作した後に結合することにより、製作工程時に発生する可能性のある損失を最小化することができる。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
図１は本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００の概略的な分解斜視図であり、図２は図１のＡ‐Ａ’線に沿う概略断面図である。
以下では、図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００の構造について説明する。
本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００は、ケース１０、上記ケースの内部に搭載された圧電素子３０、温度測定素子２０、及び上記ケース１０の上部に位置するカバー部材４０を含む。
より具体的には、本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００は、下部に複数の端子１３、１４が形成されたケース１０と、上記ケース１０の内部に形成される圧電素子３０と、上記ケース１０の下部に形成される薄膜の温度測定素子２０と、上記ケース１０の上部を密閉させるカバー部材４０と、を含むことができる。
上記圧電素子３０は、ＳｉＯ２からなる石英（Ｑｕａｒｔｚ）を切断した後、その上面と下面に第１の励振電極３１ａと第２の励振電極３１ｂを形成することにより製造されることができる。上記圧電素子３０は、ケースの内部に形成された第１の圧電素子連結電極１１によって圧電素子入力端子及び圧電素子出力端子に電気的に連結されて外部集積回路と連結されることができる。
上記第１及び第２の励振電極３１ａ、３１ｂは、それぞれ上記圧電素子３０の下部のコーナー部分に伸びて形成されることができる。
上記圧電素子３０と上記ケース１０の内部に形成された第１の圧電素子連結電極１１は、連結部Ｃを用いて電気的に連結されることができる。
上記圧電素子は、外部集積回路と連結されるための第１及び第２の励振電極３１ａ、３１ｂを含む。
上記第１の励振電極３１ａは圧電素子３０の入力端子の役割をし、上記第２の励振電極３１ｂは圧電素子３０の出力端子の役割をすることができる。
上記第１の励振電極３１ａと上記第２の励振電極３１ｂはケース１０の内部に位置する第１の圧電素子連結電極１１ａ、１１ｂに電気的に連結され、上記第１の圧電素子連結電極は上記温度測定素子２０の上記第２の圧電素子連結電極２１ａ、２１ｂと電気的に連結されることにより集積回路と電気的に連結されることができる。
即ち、本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００は、上記圧電素子３０が搭載されたケース１０の下部に上記温度測定素子２０を密着して結合させることにより、簡単に圧電素子パッケージ１００を完成することができる。
また、上述したように電気的に連結することにより、上記温度測定素子２０と上記圧電素子３０との間隔を最小化して、上記温度測定素子２０と上記圧電素子３０との温度差を最小化することができる。
上記圧電素子３０には、下面のコーナーの一部にダミー電極３２が形成されることができる。
上記ダミー電極３２は、連結部Ｃを介して上記ケース１０のケースダミー電極１２と連結されることができる。
上記ダミー電極３２が上記ケースダミー電極１２と連結されることにより、上記圧電素子３０の接着力が増加し、外部衝撃によって上記圧電素子３０が離脱する現象を防止することができるため、圧電素子パッケージ１００の信頼性を向上させることができる。
図２を参照すると、温度測定素子２０がケース１０の下部に結合され、これにより、圧電素子３０が搭載されたケース１０の温度を測定することができる。
上記温度測定素子２０は、コーナーに複数の電極２１、２２が形成された薄膜の形態を有することができる。
上記温度測定素子２０は、サーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）であれば良いが、これに制限されるものではない。
サーミスタの他にパッケージの内部の温度を測定して外部集積回路（ＩＣ）に伝達することができる薄膜の温度測定素子が用いられることもできる、
サーミスタの場合、電源に連結され、当該サーミスタの温度によって一定の抵抗値を有するため、その抵抗値を測定して当該サーミスタの搭載されたケース１０の温度を測定することができる。
このような方式で測定された温度は、集積回路に受信されて、圧電素子パッケージ１００に搭載された圧電素子３０の温度‐周波数変化を補償するための値として用いられることができる。
本発明の一実施例によれば、温度測定素子２０は、温度測定素子入出力電極２２ａ、２２ｂを含み、上記温度測定素子入力電極２２ａを電源に連結し、温度測定素子出力電極２２ｂを集積回路に連結し、一定の電圧による温度‐抵抗変化特性によって抵抗値を測定して温度値を測定することができる。
上記温度測定素子入出力電極２２ａ、２２ｂは、上記ケース１０の下面に形成される複数の端子１４の一部と連結されることができる。
上記温度測定素子入出力電極２２ａ、２２ｂと上記ケース１０の下面に形成される複数の端子１４が連結されることにより、上記圧電素子３０が搭載された上記ケース１０と上記温度測定素子２０との結合力を向上させることができる。
したがって、外部衝撃によって上記温度測定素子２０から上記ケース１０が離脱する現象を防止することができるため、上記圧電素子パッケージ１００の信頼性を向上させることができる。
上記ケース１０の下部に形成された複数の端子１３、１４の少なくとも一つは、貫通部Ｔを用いて上記カバー部材４０と電気的に連結されることができる。
上記カバー部材４０は、伝導性の良い物質で形成されることにより、上記圧電素子３０又は上記温度測定素子２０の接地の役割を行うことができる。
上記カバー部材４０が接地の役割をすることにより、圧電素子パッケージ１００における周波数発生時のノイズを防止し、外部からの影響を最小化することができる。
上記カバー部材４０は、銅（Ｃｕ）を用いて形成されることができるが、これに制限されるものではない。
上記カバー部材４０が接地の役割をするため、接地のための別途の工程及び構成を必要としない。
特に、上記温度測定素子入出力電極２２ａ、２２ｂと上記ケース１０の端子１４が電気的に連結され、上記端子１４と上記カバー部材４０が貫通部Ｔを介して電気的に連結されるため、上記カバー部材４０は上記温度測定素子２０の接地の役割をすることができる。
上記ケース１０の内部に形成される第１の圧電素子連結電極１１ａ、１１ｂは、導電性ビアＨを用いて下面の端子１３と電気的に連結されることができる。
上記ケース１０は、セラミック又はポリマーを用いて形成されることができるが、これに制限されるものではない。
上記ケース１０の底面は熱伝導度の良い物質で形成されるか、又はセラミックに熱伝導の良い物質を分散させて上記圧電素子３０の温度と上記温度測定素子２０の温度を最大限同じようにすることができる。
上記ケースの底面は、熱伝導度に優れたエポキシ（ｅｐｏｘｙ）を用いて形成されることができる。
図３の（ａ）は従来技術の作動時間による圧電素子と温度測定素子の温度を示したグラフであり、図３の（ｂ）は本発明の作動時間による圧電素子と温度測定素子との温度差を示したグラフである。
図３（ａ）を参照すると、作動時間が長くなるほど、温度測定素子と圧電素子との温度差が次第に広がることが分かる。
しかしながら、本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００の場合は、薄膜の上記温度測定素子２０を用いることにより、上記温度測定素子２０と上記圧電素子３０との間隔が相対的に非常に狭く形成される。
したがって、圧電素子３０と温度測定素子２０との温度差を最小化することができるため、圧電素子３０と周波数間の温度偏差を減らし、より安定且つ正確な特性を有する圧電素子パッケージ１００を提供することができる。
従来の場合は、上記圧電素子３０と上記温度測定素子２０との間隔が遠いことから、圧電素子の正確な温度を測定することができなかったため、温度‐周波数変化による正確な温度偏差を補償するのが困難であった。
しかしながら、本発明の一実施形態によれば、温度測定素子２０がケース１０に密着して形成されているため、圧電素子３０に密着して形成されているケース１０の温度を測定することで圧電素子３０の正確な温度を測定することができ、その結果、温度‐周波数変化による正確な温度偏差を補償することができる。
したがって、圧電素子パッケージ１００の周波数の精度を確保することができる。
図４は、本発明の一実施形態による圧電素子パッケージの回路図である。
温度測定素子２０は、電源Ｖｃｃに連結されて、温度によって適切な抵抗値を有することができる。
したがって、温度測定素子２０の抵抗値を測定して、上記ケース１０の温度を測定することができる。
測定された温度は温度補償回路を含む集積回路（ＩＣ）に入力され、上記集積回路（ＩＣ）は周波数供給源である圧電素子３０から周波数を受信し、受信された周波数の温度によって受信された周波数変化特性を補償することにより、温度偏差による周波数マッチングの問題を改善することができる。
図５は本発明の一実施形態によるケース１０の上部平面図であり、図６は下部平面図である。
図５を参照すると、上記ケース１０の内部に第１の圧電素子連結電極１１ａ、１１ｂとケースダミー電極１２が形成されることができる。
上記第１の圧電素子連結電極１１ａ、１１ｂは、内部に搭載された第１及び第２の励振電極３１ａ、３１ｂと温度測定素子２０に形成された第２の圧電素子連結電極２１ａ、２１ｂと電気的にそれぞれ連結することができる。
図６を参照すると、上記ケース１０の下部のコーナーに複数の端子１３、１４が形成されることができる。
上記複数の端子は、温度測定入力端子、温度測定出力端子、圧電素子入力端子、圧電素子出力端子が配置された形態を有することができる。
上記端子１３の一部は、導電性ビアＨを介して上記ケース１０の内部に形成された第１の圧電素子連結電極１１ａ、１１ｂと電気的に連結されることができる。
また、上記ケース１０の下部には接地端子（図示せず）をさらに形成することができる。
本発明の他の実施形態による圧電素子パッケージ１００の製造方法は、上記ケース１０の内部に圧電素子３０を搭載する段階と、上記ケース１０の上部にカバー部材４０を結合する段階と、上記ケース１０の下部に薄膜の温度測定素子２０を結合する段階と、を含むことができる。
上記圧電素子３０が搭載されたケース１０を上記温度測定素子２０の上部に積層して結合させることにより圧電素子パッケージ１００を完成させることができる。
即ち、別途に上記温度測定素子２０を位置させる工程を必要とせず、ケースに上記温度測定素子２０が位置するキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）を形成する工程も必要としない。
また、上記圧電素子３０が搭載されたケース１０と上記温度測定素子２０を別途に製作した後に結合させるため、上記圧電素子３０及び上記温度測定素子２０の少なくとも一つに不良が発生しても、圧電素子パッケージ１００を全て廃棄する必要がない。
即ち、上記圧電素子３０及び上記温度測定素子２０の少なくとも一つに不良が発生しても、不良が発生しない構成を再使用することができるため、収率を向上させて工程コストを減少させることができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
１０ ケース
１１ａ、１１ｂ 第１の圧電素子連結電極
１２ ケースダミー電極
１３、１４ 端子
２０ 温度測定素子
２１ａ、２１ｂ 第２の圧電素子連結電極
２２ａ、２２ｂ 温度測定素子入出力電極
３０ 圧電素子
３１ａ 第１の励振電極
３１ｂ 第２の励振電極
３２ ダミー電極
４０ カバー部材
Ｃ 連結部
Ｈ 導電性ビア
Ｔ 貫通部
１００ 圧電素子パッケージ
１１ａ、１１ｂ 第１の圧電素子連結電極
１２ ケースダミー電極
１３、１４ 端子
２０ 温度測定素子
２１ａ、２１ｂ 第２の圧電素子連結電極
２２ａ、２２ｂ 温度測定素子入出力電極
３０ 圧電素子
３１ａ 第１の励振電極
３１ｂ 第２の励振電極
３２ ダミー電極
４０ カバー部材
Ｃ 連結部
Ｈ 導電性ビア
Ｔ 貫通部
１００ 圧電素子パッケージ
Claims (8)
- 下部に複数の端子が形成されたケースと、
前記ケースの内部に形成される圧電素子と、
前記ケースの下部に形成される薄膜の温度測定素子と、
前記ケースの上部を密閉させるカバー部材と、
を含む、圧電素子パッケージ。 - 前記圧電素子は、上部に第１の励振電極が形成され、下部に第２の励振電極が形成され、
前記第１及び第２の励振電極は、それぞれ前記圧電素子の下部のコーナー部分に伸びて形成される、請求項１に記載の圧電素子パッケージ。 - 前記圧電素子の第１及び第２の励振電極が形成されたコーナーに対応するように、前記ケースの内部の底面のコーナーの一部に第１の圧電素子連結電極が形成される、請求項２に記載の圧電素子パッケージ。
- 前記圧電素子の下部にダミー電極が形成される、請求項１に記載の圧電素子パッケージ。
- 前記端子は、前記ケースの下面のコーナーにそれぞれ時計回り又は反時計回りに温度測定入力端子、温度測定出力端子、圧電素子入力端子、圧電素子出力端子が配置される、請求項１に記載の圧電素子パッケージ。
- 前記カバー部材は、金属で形成される、請求項１に記載の圧電素子パッケージ。
- 前記端子の一つと前記カバー部材が電気的に連結される、請求項６に記載の圧電素子パッケージ。
- 前記ケースの内部に圧電素子を搭載する段階と、
前記ケースの上部にカバー部材を結合する段階と、
前記ケースの下部に薄膜の温度測定素子を結合する段階と、
を含む、圧電素子パッケージの製造方法。
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