KR100219290B1 - 압전 공진자 및 이것을 사용한 압전 부품 - Google Patents
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Abstract
압전 부품의 일부로서 사용될 수 있는 압전 부품은, 전극(3)상에 고융점 금속을 형성함으로써, 압전 기판의 표면에 형성된 전극과 이 전극과 접해 있는 은이 피복된 단자의 자기 융착을 방지할 수 있다. 고융점 금속은, Ni, Cr, W, Ti, Mo, Ni-Cu(모넬) 또는 이들의 합금을 사용하여 만들어진다. 고융점 금속의 두께는, 바람직하게는 전극(3)의 두꼐의 약 1/10이하 또는 1㎛이하이다.
Description
제1도는 본 발명의 원리를 따라 구성된 압전 공진자의 바람직한 구체예를 나타낸 단면도이다.
제2도는 제1도에 나타낸 압전 공진자를 사용한 압전 부품을 나타낸 단면도이다.
제3도는 본 발명의 원리를 따라 구성된 압전 공진자의 다른 구체예를 나타낸 단면도이다.
제4도는 제3도에 나타낸 압전 공진자의 전극의 부분 확대 단면도이다.
제5도는 제3도에 나타낸 압전 공진자를 사용한 압전 푸붐의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 10' : 압전 공진자 12 : 압전 기판
14, 15 : 전극 18, 20 : 고융점 극속막
22, 38 : 압전 부품 24, 26 : 금속단자
28 : 내부케이스 30 : 내부 커버
32 : 외부 케이스 34 : 밀봉 수지
36 : 고융점 미립자
본 발명은 압전 공진자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 진동 회로, 필터 회로 등에 사용되는 압전 공진자 및 이 압전 공진자를 사용한 압전 부품에 관한 것이다.
압전 부품으로서는, 압전 공진가가 압전 공진자의 대향면과 접촉하는 금속 단자에 의해 지지되도록 하여 압전 부품을 형성하는 것이 잘 알려져 있다. 압전 공진자는, 압전 기판의 대향면에 형성된 전극을 갖는 압전 기판을 포함한다. 이 전극은 통상 은으로 이루어져 있다. 금속 단자는 전형적으로 인청동과 같은 금속 판재로 이루어져 있으며, 은을 피복함으로써, 전극 및, 인출 전극과의 전기적 접촉이 향상된다.
은은 도전 특성이 우수하다는 장점을 가지는 반면, 자기 융착의 경향이 있다. 따라서, 은이 피복된 금속 단자가 전극과 접촉하는 부분에서 융착이 발생할 수 있다. 융착이 발생하면, 압전 기판이 진동하였을 때에 전극이 압전 기판으로부터 벗겨져 나갈 수 있으며, 이로 인해 전극과 금속 단자간의 전기 전도를 열화시키게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 압전 기판의 표면상에 형성된 전극이 표면이 은막으로 피복된 금속 단자와 융착할 가능성이 매우 감소되는 압전 공진자 및 이 압전 공진자를 사용한 압전 부품을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 압전 공진자는, 압전 기판과, 상기 압전 기판의 표면에 형성되며 단자가 접촉하기에 적합한 접촉면을 갖는 전극, 및 상기 전극의 상기 접촉면에 형성된 고융점 금속을 포함한다. 고융점 금속은 바람직하게는 고융점 금속막 또는 고융점 미립자이다. 고융점 금속은 전극의 접촉면의 전면 또는 은이 피복된 단자와 접촉하는 전극의 일부에만 형성된다.
바람직한 구체예에 있어서, 압전 공진자는 제1, 제2대향면을 갖는 압전 기판과, 상기 제1, 제2대향면에 각각 형성되어 있으며 각각의 단자가 접촉하기에 적합한 접촉면을 갖는 제1, 제2전극, 및 상기 제1, 제2전극의 상기 접촉면에 각각 형성된 제1, 제2고융점 금속을 포함한다. 또한, 고융점 금속은 바람직하게는 고융점 금속막 또는 고융점 입자이다. 고융점 금속은 전극의 전면 또는 단자와 접촉하는 일부에만 형성될 수 있다.
본 발명의 압전 공진자는, 하나 이상의 단자가 압전 공진자를 지지함과 아울러, 이들이 전극의 접촉면과 접촉해 있는 압전 부품에 사용될 수 있다. 이 압전 공진자 및 단자는, 바람직하게는 하우징에 수용되어 단일 부품을 형성한다.
압전 기판의 표면에 형성된 전극은 고융점 금속막을 통하여 금속 단자의 은막과 접촉하기 때문에, 전극은 은막과 직접적으로 접촉하지 않으며, 따라서 은막의 자기 융착을 회피할 수 있다.
또한, 압전 기판의 표면에 형성된 전극은, 고융점 미립자를 중개로하여 금속 단자의 은막과 접촉하기 때문에, 은막과 직접적으로 접촉하는 전극의 면적은 감소하게 되고, 이에 따라 은의 자기 융착이 억제된다.
본 발명의 다른 목적, 용도, 장점뿐만 아니라 구체적 특징은, 하기의 설명 및 동일 또는 대응하는 구성요소에 동일 번호를 붙인 첨부된 도면으로부터 확실해질 것이다.
동일 번호가 동일 요소를 나타내는 도면에 관하여, 본 발명의 원리에 따라서 구성되었으며 일반적으로 10으로 나타낸 압전 공진자를 제1도에 나타낸다.
압전 공진자(10)는, 압전 기판(12)과, 이 압전 기판(12)의 대향하는 주 표면에 형성된 한 쌍의 전극(14, 16)(그리고, 이 전극은 바람직하게는 주 표면의 전체를 덮는다) 및 이 전극(14, 16)의 표면에 각각 형성된 고융점 금속막(18, 20)을 포함한다. 상기 압전 기판(12)은, PZT와 같은 세라믹 재료, 수정, LiTaO3등의 단결정으로 이루어진다. 상기 전극(14, 16)은 은스퍼터링, 증착, 인쇄건조 또는 다른 적절한 공정에 의하여 형성된다.
상기 고융점 금속막(18, 20)은, 전극(14, 16)보다 높은 융점을 갖는 금속, 예를 들면 니켈(Ni), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 니켈-구리(Ni-Cu)(Monel ; 모넬) 및 이들의 합금을 사용하여 제조되며, 바람직하게는 전극(14, 16)상에 스퍼터링, 증착 또는 안쇄 건조에 의해 형성된다.
상기 금속막(18, 20)의 두께는, 상기 전극(14, 16)의 특성을 손상시키지 않는 값의 범위로 설정된다. 상기 금속막(18, 20)의 두께는, 전극(14, 16)의 두께의 약 1/10이하 또는 1㎛이하의 값 중에서 더 적은 쪽을 선택하는 것이 바람직하다(예를 들면, Ni-Cu의 경우에는, 약 0.2㎛가 바람직하다).
제2도는, 제1도의 압전 공진자(10)를 사용한 공진기 장치(22)를 나타낸다. KHz대에서 바람직하게 동작하는 공진기 장치(22)에 있어서, 압전 공진자(10)는 내부 케이스(28)내에 수용된 금속 단자(24, 26)에 의해 적당한 곳에서 지지된다. 압전 공진자(10) 및 단자(24. 26)가 케이스(28)내에 놓여질 수 있도록 내부 케이스(28)의 상부에 개구부가 형성된다. 이 개구부는 압전 공진자(10) 및 단자(24, 26)가 케이스내에 배치된 후, 내부 커버(30)에 의해 닫혀진다. 내부 케이스(28)는, 외부 케이스(32)내에 삽입되고 밀봉 수지(34)에 의해 밀봉된다.
압전 공진자(10)는, 공진자(10)의 2개의 주 표면과 접촉하는 금속 단자(24, 26)에 의해 그 중앙부에서 지지되며, 발산 진동 모드로 진동한다. 금속 단자(24, 26)는, 바람직하게는 인청동 등으로 형성된 판재의 표면에 도금 또는 다른 적절한 공정에 의해 은막을 피복함으로써 만들어진다. 금속 단자(24, 26)는 탄성을 가지며, 압전 공진자(10)와 탄성적으로 접촉하고 있다.
압전 공진자(10)의 전극(14, 16)은 고융점 금속막(18, 20)을 통하여 금속 단자(24, 26)와 탄성적으로 접촉하기 때문에, 전극(14, 16)의 은 및 금속 단자(24, 26)의 은은 자기 융착하지 않으며, 압전 공진자(10)가 공진하였을 때에 전극(14, 16)의 구성요소가 압전 기판(12)으로부터 떨어져 나갈 가능성이 매우 감소된다.
바람직한 구체예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 압전 공진자 및 본 발명의 압전 부품은 본 구체예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지의 범위내에서 여러 가지 방식으로 변경될 수 있다.
상기한 구체예에서는, 개별 압전 공진자 및 개별 압전 부품이 개시되어 있으나, 고융점 금속막을 사용하는 본 발명은 고융점 금속막을 모기판 상에 형성하여 압전 공진자를 대량 생산하는 경우에 적용될 수 있다. 또한 고융점 금속막은 반드시 압전 기판의 전극의 전면에 형성할 필요는 없으면, 압전 기판의 표면과 금속 단자가 접촉하는 부분에 국소적으로 형성하여도 된다.
제3도 및 제4도는 본 발명의 압전 공진자의 제2구체예를 나타낸다.
본 구체예를 제1도와 구별하기 위해, 압전 공진자를 10'로 나타낸다. 제1구체예와 마찬가지로, 압전 공진자(10')는, 압전 기판(12)과, 압전 기판(12)의 대향하는 주 표면에 형성된 전극(14, 16)을 포함한다. 바람직하게는, 전극(14, 16)은 기판(12)의 상면 및 하면 전체를 덮는다.
제1구체예에서는, 전극의 자기 융착을 방지하기 위하여, 고융점 금속막을 사용하였으나, 본 구체예에서는 전극(14, 16)의 표면에 고융점 미립자(36)가 부착되어 있다.
압전 기판(12)은 바람직하게는 PZT와 같은 세라믹 재료, 수정, LiTaO3등의 단결정으로 이루어진다. 전극(14, 16)은 바람직하게는 은스퍼터링, 증착, 인쇄 건조 등에 의해 형성된다.
고융점 미립자(36)는 전극(14, 16)보다 고융점의 재료, 예를 들면 알루미나 등의 세라믹 및 유리, 또는 Ni, Cr, W, Ti, Mo, Ni-Cu(모넬) 또는 이들의 합금을 사용하여 제조된다. 고융점 미립자(38)는, 바람직하게는 예를 들면 샌드 블라스팅법(sand blasting)에 의해 미립자를 전극의 표면에 내뿜으로써, 전극(14, 16)에 매입되거나 전극(14, 16)의 표면에 부착된다. 또는 고융점 미립자(36)는 교반법에 의해 미립자(36)와 압전 공진자(10')를 동일한 용기에 넣고 뒤섞음으로써 전극(14, 16)의 표면에 부착되거나 전극(14, 16)에 매입된다.
여기서, 샌드 발라스팅법 또는 교반법에 의해 미립자(36)가 전극(14, 16)내에 매입될 수 있는 것은, 전극(14, 16)이 금속 중에서 비교적 소프트한 은으로 이루어지기 때문이다. 미립자(36)가 전극(14, 16)에 매입되면, 절연 미립자(36)가 사용되더라도 전극(14, 16)과 후술하는 금속 단자간의 전기적 접속이 열화되지 않으며, 입자가 전극(14, 16)으로부터 이탈하지 않는다. 바람직하게는, 고융점 이립자(36)는 전극(14, 16)의 특성을 손상시키지 않는 밀도로 전극(14, 16)에 매입된다.
또한, 필요하다면, 샌드 블라스팅법이나 교반법에 의해 고융점 미립자(36)가 부착되어 있는 전극(14, 16)을 세정하거나 기계적으로 문지르거나, 또는 진동을 가하여 떨쳐 버림으로써, 여분의 미립자(36)를 제거하고, 전극(14, 16)의 오목부에 미립자(36)가 배치되도록하여 전극(14, 16)의 표면을 평탄화할 수 있다. 미립자(36)의 크기나 형상은 임의이며, 명세서의 요건에 따라서 여러 가지로 변경될 수 있다.
제5도는, 제3도의 압전 공진자(10')를 사용한 공진기 장치(38)를 나타낸다. KHz대에서 바람직하게 동작하는 공진기 장치(38)에 있어서, 압전 공진자(10')는 내부 케이스(28)에 수용된 한쌍의 금속 단자(24, 26)에 의해 적당한 곳에서 지지된다.
개구부는, 압전 공진자(10) 및 단자(24, 28)가 케이스(28)내에 위치될 수 있도록 내부 케이스(28)의 상부에 형성된다. 이 개구부는, 압전 공진자(10') 및 단자(24, 26)가 케이스내에 배치된 후, 내부 커버(30)에 의해 닫혀진다. 내부 케이스(28)는 외부 케이스(32)내에 삽입되고 밀봉 수지(34)로 밀봉된다.
압전 공진자(10')는 2개의 주 표면이 중앙부에서 금속 단자(24, 26)에 의해 지지되고, 발산 진동 모드로 진동한다. 금속 단자(24, 26)는, 바람직하게는 도금법 또는 다른 적절한 공정에 의해 인청동 등으로 형성된 판재의 표면에 은막을 피복함으로써 형성된다. 금속 단자(24, 26)는 탄성을 가지며 압전 공진자(10')와 탄성적으로 접촉하고 있다.
압전 공진자(10')의 전극(14, 16)은 고융전 미립자(36)를 중개로하여 금속 단자(24, 26)와 접촉하기 때문에, 금속 단자(24, 26)와 직접적으로 접촉하는 전극(14, 16)의 면적이 적어지고, 전극(14, 16)의 은과 금속 단자(24, 26)의 은이 자기 융착하기 어려우며(또는 적어도 자기 융착이 최소화된다), 또한 압전 공진자(10')가 진동할 때에 진동 전극(14, 16)의 구성요소가 압전 기판(12)로부터 이탈할 가능성이 매우 감소된다.
바람직한 구체예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 압전 공진자 및 본 발명의 압전 부품은 본 구체예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지의 범위내에서 여러 가지로 변경될 수 있다. 예를 들면 고융점 미립자는 반드시 압전 기판(12)의 전극의 전면에 부착시킬 필요는 없으며, 금속 단자(24, 26)가 압전 공진자(10) 또는 압전 공진자(10')와 접촉하는 부분에 국소적으로 부착하여도 된다.
상기 설명으로부터 확실한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 압전 공진자의 전극의 표면에 고융점의 금속막을 형성하였으므로, 전극과 은막이 직접적으로 접촉하지 않게 되며, 은의 자기 융착이 발생하지 않는다. 그 결과, 전극의 구성요소가 압전 기판으로부터 이탈하는 문제점이 회피되며, 이로 인해 전극과 금속 단자간의 전기적 접촉의 신뢰성이 향상된다.
본 발명은, 본 발명의 요지 또는 본질적 특성을 벗어나지 않도 다른 구체적인 형태로 구체화될 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위를 나타내는 것으로서, 상술한 설명보다는 오히려 첨부된 청구범위를 참조하여야 할 것이다.
Claims (26)
- 압전 기판과; 은을 포함하는 전극으로서, 상기 압전 기판의 표면에 형성되며, 단자에 의해 접촉되기에 적합한 접촉면을 갖는 전극 ; 및 상기 전극의 상기 접촉면에 형성된 고융점 금속; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
- 제1항에 있어서, 상기 고융점 금속은 상기 전극의 상기 접촉면에 형성된 고융점 금속막인 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
- 제2항에 있어서, 상기 고융점 금속막은 상기 전극의 상기 접촉면 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
- 제1항에 있어서, 상기 고융점 금속은 상기 전극의 상기 접촉면에 형성된 고융점 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
- 제4항에 있어서, 상기 고융점 금속은 상기 전극의 상기 접촉면에 형성된 고융점 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
- 제1 및 제2대향면을 갖는 압전 기판과 ; 은을 포함하는 제1 및 제2전극으로서, 상기 제1 및 제2대향면에 각각 형성되며, 각각의 단자에 의해 접촉되기에 적합한 접촉면을 각각 갖는 제1 및 제2전극 ; 및 상기 제1 및 제2전극의 상기 접촉면에 각각 형성된 제1 및 제2고융점 금속;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
- 제6항에 있어서, 상기 고융점 금속은 각각 고융점 금속막인 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
- 제7항에 있어서, 상기 고융점 금속막은 각각 대응하는 상기 제1 및 제2전극의 상기 접촉면 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2고융점 금속은 상기 제1 및 제2전극의 상기 접촉면에 형성된 고융점 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
- 제9항에 있어서, 상기 고융점 미립자는 상기 제1 및 제2전극의 상기 접촉면 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
- 압전 기판과, 은을 포함하는 전극으로서, 상기 압전 기판의 표면에 형성되는 전극 및 상기 전극에 형성된 고융점 금속을 포함하는 압전 공진자와; 상기 압전 공진자의 상기 고융점 금속과 접촉하며, 그 표면이 은막으로 피복된 금속 단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제11항에 있어서, 상기 압전 기판 및 상기 금속 단자를 수용하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제11항에 있어서, 상기 고융점 금속은 상기 전극의 표면에 형성된 고융점 금속막인 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제13항에 있어서, 상기 고융점 금속막은 상기 전극의 노출된 표면 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제11항에 있어서, 상기 고융점 금속막은 상기 금속단자와 접촉하는 상기 전극의 상기 표면의 일부에 형성된 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제11항에 있어서, 상기 고융점 금속은 상기 전극의 상기 표면에 형성된 고융점 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제16항에 있어서, 상기 고융점 미립자는 상기 전극의 노출된 표면 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제16항에 있어서, 상기 고융점 미립자는 상기 금속 단자와 접촉하는 상기 전극의 상기 표면의 일부에 형성된 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제1 및 제2대향면을 갖는 압전 기판, 은을 포함하는 제1 및 제2전극으로서, 상기 제1 및 제2대향면에 각각 형성되는 제1 및 제2전극 및 상기 제1 및 제2전극에 각각 형성된 제1 및 제2고융점 금속을 포함하는 압전 공진자와; 그 표면이 각각 은막으로 피복되어 있으며, 상기 압전 공진자의 상기 제1 및 제2고융점 금속과 각각 접촉하는 제1 및 제2 금속단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제19항에 있어서, 상기 압전 기판 및 상기 금속 단자를 수용하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제20항에 있어서, 상기 고융점 금속은 각각 고융점 금속막인 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제21항에 있어서, 상기 고융점 금속막은 각각의 상기 전극의 노출면 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제21항에 있어서, 상기 고융점 금속막은 상기 금속 단자와 접촉하는 상기 전극의 상기 표면의 일부에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제19항에 있어서, 상기 고융점 금속은 각각 고융점 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제24항에 있어서, 상기 고융점 미립자는 상기 전극의 노출면 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 압전 부품.
- 제24항에 있어서, 상기 고융점 미립자는 각각의 상기 금속 단자와 접촉하는 상기 전극의 상기 표면의 일부에 형성된 것을 특징으로 하는 압전 부품.
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