KR100340400B1 - 모노리틱 필터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 트랩( Energy Trap)을 이용하고, 하나의 압전기판상에 두 개 이상의 압전필터(Piezo-Electric Filter)를 구성한 모노리틱 필터(Monolithic Filter)의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세히는, 상기 모노리틱 필터의 압전필터사이의 중앙부분에서 두 필터간의 간섭현상으로 발생하기 쉬운 스프리어스(Spurious, 잡음)를 제거하기 위하여, 상기 필터사이의 중앙부분(S)을 분극 공정후 압전기판의 상전이(phase change) 온도이상으로 레이져 가열하여 압전성이 제거된 유전체층을 형성시키어 압전성을 갖지 않도록 하여 불필요한 진동을 억제함으로써 필터의 주파수특성이 향상될 수 있도록 한 모노리틱 필터 제조방법을 제공하는데 있다.

Description

모노리틱 필터 제조방법 {A method for producing the monolithic filter}

본 발명은 압전기판에 부분적으로 전극을 인쇄할 경우, 이 부분에서 발생하는 두께 진동 또는 두께 전단진동에 의한 진동에너지가 가두어지는 에너지 트랩( 에너지 가둠 현상, Energy Trap)을 이용하고, 하나의 압전기판상에 두 개 이상의 압전필터(Piezo-Electric Filter)를 구성한 모노리틱 필터(Monolithic Filter)의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세히는, 상기 모노리틱 필터의 압전필터사이의 중앙부분은 입출력간 임피던스 매칭을 위한 캐패시터 역할을 하게 되는데, 상기 중앙부분이 압전성을 갖는 경우 두 필터간의 간섭현상으로 발생하기 쉬운 스프리어스(Spurious, 잡음)를 제거하기 위하여, 상기 필터사이의 중앙부분을 분극 공정후 압전기판의 상전이 온도이상으로 레이져 가열하여 압전성이 제거된 유전체층을 형성시켜 압전성을 갖지 않도록 하여 불필요한 진동을 억제함으로써, 필터의 주파수특성이 향상될 수 있도록 한 모노리틱 필터 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 압전필터는 압전소자(일반적으로 세라믹이 사용된다)에 교류전압을 인가하면 인가전압의 주기와 같은 주기의 진동이 발생되며, 압전소자의 공진주파수와 인가전압의 주파수가 일치하면, 공진에 의해 큰 기계적 진동이 얻어지고, 이를 다시 전기신호로 변화하는 것에 의하여 특정 주파수 대역이 선택되고, 이와같은 특성을 이용한 것이 압전필터이다.

또한, 압전필터에 있어서, 압전기판의 두께 진동모드 또는 두께 전단진동 모드를 이용하고, 부분적인 전극을 인쇄하여 상기 전극간의 진동에너지가 가두어 지는 에너지트랩을 이용하는 것을 에너지 트렙형 필터라 하며, 아와 같은 트랩형 필터는 주로 영상신호를 처리하게 위하여 사용되어, 현재의 통신미디어 관련제품의 필수부품으로 사용되고 있으며, 하나의 압전기판상에 두개 이상의 압전필터를 착설하는 것을 모노리틱 필터(Monolithic Filtrer)라 한다.

이와 같은 기술과 관련된 종래의 모노리틱 필터에 있어서, 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 분극공정을 통한 하나의 압전기판(110)상에 두 개의 압전필터(120a)(120b)를 착설하고, 상기 압전필터(120a)(120b)와 연결되는 입력 및 출력용 리드패턴(121a)(121b)이 각각 증착되며, 상기 압전기판(110)의 배면에도 압전필터(120a)(120b)와, 이와 연결된 접지용 리드패턴(121c)이 인쇄되는 구성이다. 이와 같은 모노리틱 필터(100)에 있어서는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 하나의 압전필터에서 사대칭 모드(A)와 대칭모드(B)가 동시에 여진되어 필터특성이 얻어지는 것이다.

한편, 이와 같은 모노리틱 필터(100)의 주파수 특성에 영향을 미치는 주요한 특성이 스프리어스(Spurious)인데, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 모노리틱 필터(100)의 압전필터(120)사이의 중앙부분은 입,출력간 임피던스 매칭을 위한 캐패시터 역할을 하게 되는데, 상기 압전기판(110)의 중앙부분에서 압전성으로 인하여 두 필터(120a)(120b)간의 간섭현상으로 스프리어스(불필요한 주파수)가 발생하게 되어, 좌우 비대칭 밴드가 나타나게 되며, 이에따라 모노리틱 필터(100)의 깨끗한 공진주파수 특성을 얻기가 어려위지게 된다.

따라서, 이와 같은 스프리어스를 제거하기 위한 종래의 모노리틱 필터에 있어서는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 압전기판(110)의 압전필터(120a)(120b) 사이에 스프리어스에 의한 주파수간섭을 방지토록 스프리어스 방지홈(140)을 형성시키도록 하며, 이는 두필터(120a)(120b)간의 파동 전달을 차단하여 간섭에 의한 스프리어스 현상을 제거하는 것이다.

그러나, 도 5에서 도시한 바와 같이, 스프리어스 방지홈(140)을 형성한 종래의 모노리틱 필터(100)에 있어서는, 상기 압전기판(110)을 절단 가공하여 방지홈(140)을 형성함으로써, 압전기판(110)이 쉽게 파손될 우려가 있게 되는 한편, 이로 인하여 현재의 경박단소(輕薄短簫) 추세에 있는 전자부품의 제조작업을 불가능하게 하는 한편, 압전기판(110)의 내구성 및 내충격성이 극히 저하되는 단점이 있었다.

또한, 스프리어스현상을 제거하기 위한 종래의 다른 모노리틱 필터(200)에 있어서는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 모노리틱 필터(200)의 압전기판(210) 중앙부분의 캐패시터의 역할을 하는 전극부분에 두꺼운 솔더층(250)을 형성시켜 압전기판(210)의 중앙부분에서의 압전성으로 인한 두 필터(220a)(220b)간의 간섭 파동을 전달하는 진동발생을 억제토록 함으로써, 스프리어스 현상을 제거하는 것이다.

그러나, 상기와 같은 솔더층에 의한 종래의 다른 모노리틱 필터(200)에 있어서는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 솔더층(250)의 인쇄시 용융된 솔더가필터(220a)(220b)측 진동부위로 흐르게 되어 필터의 주파수 특성이 저하되는 한편, 솔더층(250)을 형성하기 위한 작업이 어렵게 되는 한편, 완전한 스프리어스의 제거가 불가능하게 되는 등의 여러 문제점들이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 문제점들을 개선시키기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 모노리틱 필터의 압전필터사이 중앙부분에 압전성을 갖는 경우 두 필터간의 간섭현상으로 발생하기 쉬운 스프리어스를 제거하기 위하여, 상기 필터사이의 중앙부분을 분극 공정후 압전기판의 상전이 온도이상으로 레이져 가열하여 압전성이 제거된 유전체층을 형성시키어 압전성을 갖지 않도록 하여 불필요한 진동을 억제함으로써, 모노리틱 필터의 주파수특성이 향상되는 한편, 압전기판의 중앙부분에서 유전체상에 구현되는 캐패시터로 인하여 완전한 임피던스 매칭이 이루어 지는 모노리틱 필터 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1의 (a) 및 (b)는 일반적인 모노리틱 필터를 도시한 평면 및 배면도

도 2는 일반적인 모노리틱 필터제품을 도시한 개략 정면도

도 3는 압전필터의 모드구조를 도시한 개략도

도 4는 일반적인 필터에서의 스프리어스현상에 따른 주파수 상태를 도시한 그래프도

도 5의 (a), (b) 및 (c)는 종래의 모노리틱 필터에서의 스프리어스현상을 제거하기 위한 절개홈을 형성시킨 모노리틱 필터를 도시한 평면,배면 및 개략 정면도

도 6의 (a), (b) 및 (c)는 모노리틱 필터에서의 스프리어스현상을 제거하기 위하여 솔더링층을 인쇄한 종래의 다른 모노리틱 필터를 도시한 평면,배면 및 개략 정면도

도 7의 (a) - (f)는 본 발명에 따른 모노리틱 필터 제조방법을 설명하기 위한 모식도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1.... 모노리틱 필터(Monolithic Filter)

10.... 압전기판 11a,11b.... 압전필터

12a,12b,12c.... 리드패턴 20.... 전극층

30.... 유전체층 40.... 수지층

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 발명은, 압전체를 가공하여 압전기판을 마련하는 단계;와, 상기 압전기판의 양측면에 일체로 전극층을 인쇄하는 단계;와 상기 압전기판을 분극토록 상기 압전기판에 고 전계을 가하여, 전극층이 인쇄된 압전기판의 분극공정을 수행하는 단계;와, 상기 압전기판의 중앙부분(S)에 압전기판의 분극구조를 풀리게 하여 압전성을 상실토록 레이져를 이용하여 압전기판의 상전이 온도 이상으로 가열하는 단계; 와, 상기 분극 처리된 압전기판의 양측면 전극층을 에칭공정을 통하여 압전필터를 착설하고, 이와 연결되는 입,출력 및 접지용 리드패턴을 각각 형성하는 단계; 및, 상기 압전기판상에 수지층을 일체로 도포하여 경화시키는 단계;를 포함하여 구성되는 모노리틱 필터 제조방법을 마련함에 의한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 7의 (a) - (f)는 본 발명에 따른 모노리틱 필터 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.

상기 모노리틱 필터(1)의 압전기판(10)상에 착설된 두 개의 압전필터(11a)(11b)간에 상호 간섭현상으로 인한 스프리어스(Spurious)가 발생되어 압전기판(10)의 중앙부분에서 진동이 발생하여 모노리틱 필터(1)의 주파수특성을 저하시키는 것을 방지토록 상기 스프리어스 현상을 제거하여 깨끗한 주파수 특성을 갖는 모노리틱 필터(1)의 제조방법은 다음과 같다.

먼저, 도 7의 (a)에서 도시한 바와 같이, 하나의 큰 압전체(10a)를 가공하여 다수의 압전기판(10)을 마련하는데, 이때, 상기 압전체(10a)는 압전특성이 우수한 압전 세라믹(BaTiOn 또는 PZT 계열)이 주로 사용되고 있으며, 이와 같은 세라믹은 진동체로 사용되므로 정밀한 연마 및 래핑공정을 통하여 압전체로서 가공 성형한다.

또한, 상기 압전체(10a)가 가공되어 압전기판(10)으로 마련되면, 도 7의 (b)에서 도시한 바와 같이, 상기 압전기판(10)의 양측면에는 일체로 전극층(20)이 인쇄된다. 또는 상기 압전체(10a)에 일체로 전극층(20)을 인쇄한 후, 가공하여 전극층(20)이 인쇄된 압전기판(10)을 마련할 수 도 있다. 이때, 상기 전극층(20)을 압전기판(10)에 인쇄하는 방법은, 은(Ag)등의 전도성 금속분과 유리질 분말의 혼합물에 수지류와 용매를 가하여 페이스트(paste)상으로 형성된 전극층(20)을 압전기판(10)의 수직 측면상에 도포한 후 750 - 850°C 의 온도로 건조시키는 것이다.

다음, 도 7의 (c)에서 도시한 바와 같이, 압전기판(10)상에 전극층(20)이 인쇄되면, 상기 압전기판(10)에 압전특성을 가하도록 상기 압전기판(10)에 고전계를 인가 하는 고온분극법등으로 상기 압전소자(10)의 분극공정을 수행하는데, 이와 같은 분극공정을 통한 상기 압전기판(10)에 있어서는, 분극공정을 수행하기 전의 압전기판(10)의 자발분극 구조(화살표)는 랜덤한 상태로 있게 되다가, 분극 공정을 통한 압전기판(10)의 자발분극(화살표)은 일정하게 배열되어 압전특성을 갖게 되는 것이다.

이때, 상기 압전기판(10)의 분극공정은 주로 세라믹인 압전체(시편)에 고전압을 인가하는 공정으로, 보통 실리콘(Silicon) 오일(Oil)속에 압전체을 넣고 여기에 고전압(10-14 KV/cm)의 전계를 가하게 되며, 실리콘 오일속에 시편을 넣지 않으면, 실온에서의 글로우방전으로 압전체파괴가 발생된다.

한편, 도 7의 (d)에서 도시한 바와 같이, 전극층(20)이 인쇄되고 분극공정을 통한 압전기판(10)의 중앙부분(S)을 레이져를 이용하여 상기 압전기판(10)의 상전이 온도이상으로 가열하고, 이와 같은 상전이 온도이상으로 압전기판(10)이 가열되는 중앙부분(S)은, 분극공정을 통하여 일정하게 배열 형성된 압전기판(10)의 자발분극 구조가 다시 랜덤한 상태로 복귀되어 유전체층(30)으로 형성되게 된다.

따라서, 상기 압전기판(10)의 중앙부분(S)은 자발분극(화살표)이 랜덤한 상태인 압전성을 갖지 않는 유전체층(30)으로 그대로 남아 있게 됨으로써, 상기 압전기판(10)의 중앙부분(S)에서는 압전성이 제거되어 진동 발생이 불가능하게 된다.

이때, 상기 상전이 온도는 분극 구조가 다른 상으로 바뀌도록 하기 위한 온도를 말하면, 보통 압전세라믹을 사용하는 압전기판(10)이 BaTiOn 세라믹계열이면, 120°C의 상전이 온도를 갖으며, PZT 세라믹 계열이면 350°C 의 상전이 온도를 갖는다.

더하여, 도 7의 (e)에서 도시한 바와 같이, 상기 분극 처리된 압전기판(10)의 양측면 전극층(20)을 에칭공정을 통하여 압전필터(11a)(11b)와, 이와 연결된 입,출력 및 접지용 리드패턴(12a)(12b)(12c)만을 남기고 나머지 전극부분은 제거 한다. 따라서, 상기 리드패턴(12a)(12b)을 통하여 전원이 인가되면, 상기 압전필터(11a)(11b)의 전극간에는 두께진동 또는 두께 전단 진동에 의한 에너지 트랩이 발생되며, 동시에 이와 같은 에너지 트랩현상은 하나의 압전기판(10)에 둘 이상의 압전필터(12a)(12b)를 착설하여도 전극층(20) 사이의 에너지 트랩(가두어 지는것)으로 필터(11a)(11b)간의 간섭 우려가 없다.

이때, 상기 압전기판(10)의 중앙부분(S)은 분극공정후 상전이 온도이상으로 가열시키어 유전체층(30)으로 형성됨으로써, 상기 압전기판(10)의 중앙부분(S)은 유전체층(30)이고, 압전성이 없게되어 필터(11a)(11b)간의 파동을 전달하는 진동발생이 제거되고, 이에따라 필터(11a)(11b)간의 간섭으로 인한 스프리어스현상이 제거되어 불필요한 주파수 특성이 제거된 깨끗한 주파수특성을 갖는 모노리틱필터(1)의 제조가 가능하게 된다.

또한, 압전기판(10)의 중앙부분(S)은 캐패시터역활을 하여 임피던스 매칭을 수행함으로써, 상기 유전체층(30)에서의 캐패시터(c)에 의한 입출력 임피던스 매칭도 완전하게 수행된 될 수 있는 것이다. 계속해서. 상기 압전기판(10)의 유전체층(30)인 중앙부분(S)은, 압전필터(11a)(11b)간의 간격(d)보다 작게 형성하여 압전필터(11)의 착설이 불가능하게 되는 것을 방지한다.

마지막으로, 분극처리되고, 필터(11)가 착설된 압전기판(10)상에는 수지층(40)이 일체로 도포된후 경화되어 모노리틱 필터제품으로 제조 완료되는 것이다.

이와 같이 본 발명인 모노리틱 필터 제조방법에 의하면, 모노리틱 필터의 압전필터간의 간섭으로 인한 스프리어스 현상을 제거하기 위하여, 상기 필터사이의 중앙부분(S)을 분극 공정후 압전기판의 상전이 온도이상으로 레이져 가열하여 압전성이 제거된 유전체층을 형성시키어 압전성을 갖지 않도록 하여 불필요한 진동을 억제함으로써, 모노리틱 필터의 주파수특성이 향상되는 한편, 유전체상에 구현되는 캐패시터로 인하여 완전한 임피던스 매칭이 이루어 짐은 물론, 별도의 스프리어 방지용 홈가공작업이나 솔더층 인쇄가 필요없게 되어 모노리틱 필터의 제조작업이 극히 용이하게 수행되는 우수한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 모노리틱 필터에 있어서,

   압전체(10a)를 가공하여 압전기판(10)을 마련하는 단계;와,

   상기 압전기판(10)의 양측면에 일체로 전극층(20)을 인쇄하는 단계;와

   상기 압전기판(10)을 분극토록 상기 압전기판(10)에 고 전계을 가하여, 전극층(20)이 인쇄된 압전기판(10)의 분극공정을 수행하는 단계;와,

   상기 압전기판(10)의 중앙부분(S)에 압전기판(10)의 분극구조를 풀리게 하여 압전성을 상실토록 레이져를 이용하여 압전기판(10)의 상전이 온도 이상으로 가열하는 단계; 와,

   상기 분극 처리된 압전기판(10)의 양측면 전극층(20)을 에칭공정을 통하여 압전필터(11a)(11b)를 착설하고, 이와 연결되는 입,출력 및 접지용 리드패턴(12a)(12b)(12c)을 각각 형성하는 단계; 및,

   상기 압전기판(10)상에 수지층(40)을 일체로 도포하여 경화시키는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 모노리틱 필터 제조방법
2. 제 1항에 있어서, 상기 압전체(10a)는 압전세라믹으로 구성됨을 특징으로 하는 모노리틱 필터 제조방법
3. 제 2항에 있어서, 상기 압전세라믹은 BaTiOn 계열이고, 120°C의 상전이 온도를 갖음을 특징으로 하는 모노리틱 필터 제조방법
4. 제 2항에 있어서, 상기 압전세라믹은 PZT 계열이고, 350°C 의 상전이 온도를 갖음을 특징으로 하는 모노리틱 필터 제조방법
5. 제 1항에 있어서, 상기 압전기판(10)의 가열되는 중앙부분(S)은, 압전필터(11a)(11b)간의 간격(d)보다 작게 형성됨을 특징으로 하는 모노리틱 필터 제조방법

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