KR100635165B1 - 온도보상형 발진기 및 그 제조방법 - Google Patents

온도보상형 발진기 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100635165B1
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Abstract

본 발명은 온도보상형 발진기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 패키지 내에, 발진부 및 온도보상부를 포함하는 IC칩을 탑재하는 단계; 상기 온도보상부의 메모리부에 온도보상데이터의 일반값을 기록하는 단계; 상기 패키지 내에 압전소자를 탑재하는 단계; 상기 압전소자의 발진주파수를 조정하는 단계; 및 상기 패키지를 밀봉하는 단계를 포함하는 것을 주요한 특징으로 함으로써, 상기 패키지를 밀봉한 후에 별도의 온도보상과정을 실행할 필요가 없는 효과가 있고, 또한, 후에 별도의 온도보상과정을 실행하더라도 미리 입력된 온도보상데이터의 일반값을 보정하면 되므로, 조정공정이 간소화되고 더욱 정밀한 온도보상을 가능하게 하는 이점이 있다.
발진기, 수정발진기, 온도보상형 발진기, 온도보상형 수정발진기, 압전소자

Description

온도보상형 발진기 및 그 제조방법{Temperature-compensated oscillator and manufacturing methods thereof}
도 1은 본 발명의 제1실시예로서의 온도보상형 발진기의 단면도
도 2는 본 발명의 제1실시예로서의 온도보상형 발진기의 저면도
도 3은 본 발명의 제1실시예로서의 온도보상형 발진기에 사용되는 IC칩의 구성 블록도
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1실시예로서의 온도보상형 발진기의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도
도 5는 본 발명의 제1실시예로서의 온도보상형 발진기의 제조방법을 나타내기 위한 흐름도
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1실시예로서의 온도보상형 발진기의 온도에 따른 주파수 편차 특성 그래프
도 7은 본 발명의 제2실시예로서의 온도보상형 발진기의 제조방법을 나타내기 위한 흐름도
도 8은 본 발명의 제2실시예로서의 온도보상형 발진기의 온도에 따른 주파수 편차 특성 그래프
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
105 : 패키지 110 : IC칩
115 : 압전소자(수정편) 120 : 용접링
125 : 커버 130 : IC단자
135 : TCXO 주파수 출력단자 205 : 온도검출부
210 : 온도보상부 215 : 발진부
220 : 출력단 405 : 이온빔
온도보상형 발진기는 여러 가지 분야에서 사용되고 있는데, 최근 이동통신단말기 등의 휴대용 이동통신기에 많이 사용되고 있다. 이러한 온도보상형 발진기는 일반적으로 진동자(예를 들어, 수정편)를 진동원으로하는 발진회로를 구성하고, 상기 발진회로에 주파수가변수단을 사용한 온도보상회로를 설치하여, 상기 진동자의 온도에 따른 3차곡선의 온도특성을 보정하는 것에 의해 발진주파수를 안정화시키도록하는 방법을 사용한다.
상기 진동자를 수정편으로 사용하는 온도보상형 수정발진기(Temperature-Compensated Crystal Oscillator: TCXO)에 있어서, 상기 수정편 및 집적회로(이하 'IC'라 칭함)칩 내에 형성되는 발진회로는, 제조상의 불균형 등의 문제로 인하여 모든 발진회로를 완전히 동일하게 제조할 수는 없기 때문에, 각각 다른 온도-주파수 특성을 갖게 된다. 따라서, 모든 발진회로를 동일한 기준에 의해 온도보상을 할 수는 없다.
그렇기 때문에, 개개의 발진회로마다 다른 보상데이터를 작성하여 보상데이터기억회로에 기억시키는 것이 필요하게 된다. 그러나, 상기 수정편의 특성의 불균형이 크면 온도보상이 불가능하기 때문에, 미리 상기 수정편의 주파수편차 특성이 될 수 있는한 갖추어지도록 조정해야 한다.
이때, 종래에는 다음과 같은 조정과정을 통해 온도보상형 수정발진기를 제조하였다.
먼저, 패키지 내에 수정편을 설치한다.
그 다음, 상기 패키지를 기준온도(일반적으로 상온: 25℃)로 유지하여, 네트워크 어낼라이저(network analyzer) 등으로 상기 수정편의 공진주파수를 모니터링하면서, 이온빔 등으로 상기 수정편 표면의 전극막을 제거하여 원하는 주파수가 되도록 조정한다.
그 다음, 상기 패키지에 발진회로 및 온도보상회로를 구성하는 IC칩을 설치한다.
그 다음, 상기 패키지를 커버로써 밀봉(sealing)한다.
그 다음, 상기 수정편과 IC칩이 탑재된 패키지를 다양한 온도상태로 노출시키고, 그 각 온도상태에서 발진주파수를 측정하여, 원하는 발진주파수(fo)와의 차를 측정한다.
그 후, 마지막으로, 상기 측정치에 따라 온도보상데이터를 작성하여, 상기 온도보상데이터를 상기 IC칩의 온도보상데이터기록부에 기록하게 된다.
즉, 이와 같은 종래의 온도보상형 수정발진기의 제조방법에 있어서, 상기 수정편의 특성을 조정할 때에는, 발진회로를 구성하는 IC칩은 설치하지 않은 상태에서, 네트워크 어낼라이저 등으로 외부에서 상기 수정편을 공진시키고 그 공진주파수를 모니터링하여, 그 공진주파수가 사용자가 원하는 공진주파수가 되도록 상기 수정편의 전극막을 제거하고 있었다.
그 결과, 상기 패키지에 상기 IC칩도 설치하여 압전소자와 동시에 발진회로를 구성하여 발진동작을 하게 하였을 때의 발진주파수와, 미리 조정한 공진주파수와의 사이에 편차가 발생하는 문제점이 있었다.
한편, 상기 패키지내에 상기 수정편과 상기 IC칩을 모두 설치하고, 상기 발진회로를 동작시킨 후, 상기 수정편의 공진주파수 조정과 그 후의 온도보상데이터의 작성 및 기록을 생각할 수 있지만, 그 경우 상기 IC칩 내의 상기 온도보상회로도 동작하게 된다. 그런데, 이 경우, 상기 온도보상회로의 보상데이터기록부에는 적절한 보상데이터가 기록되어 있지 않고, 그 각 레지스터에는 각 비트가 모두 '0' 이거나, 모두 '1'인 데이터가 기록되어 있었기 때문에, 상기 수정편의 공진주파수를 적절히 조정할 수 없을 뿐만 아니라, 그 후의 상기 온도보상데이터의 작성도 적절히 수행할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 온도보상형 발진기의 조정공정을 간소화 하면서도 고품질의 온도보상 특성을 갖고 또한, 소형의 온도보상형 발진기를 제조할 수 있는 방법 및 이러한 방법에 의하여 제조된 온도보상형 발진기를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 의한 온도보상형 발진기의 제조방법은, 패키지 내에, 발진부 및 온도보상부를 포함하는 IC칩을 탑재하는 단계; 상기 온도보상부의 메모리부에 온도보상데이터의 일반값을 기록하는 단계; 상기 패키지 내에 압전소자를 탑재하는 단계; 및 상기 패키지를 밀봉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 온도보상형 발진기의 제조방법은, 상기 압전소자를 탑재한 후, 상기 압전소자의 발진주파수를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 압전소자의 발진주파수를 조정하는 방법은, 상기 패키지에 형성된 TCXO 주파수 출력단자를 통해 상기 발진주파수를 모니터링하면서 조정하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 온도보상형 발진기의 제조방법은, 상기 패키지를 밀봉한 후, 상기 온도보상데이터의 일반값을 기록하는 단계에 의하여 기록된 온도보상데이터의 일반값을 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 온도보상데이터의 일반값은, 상기 패키지에 압전소자를 탑재하기 전에 상기 압전소자에 대한 주파수편차 특성 실험을 통해 선택된 값인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압전소자는 수정편인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 의한 온도보상형 발진기는, 패키지; 상기 패키지내에 탑재되며, 발진부 및 온도보상데이터의 일반값이 기록되어 있는 온도보상부를 포함하는 IC칩; 상기 패키지내의 IC칩 상부에 탑재되는 압전소자; 상기 패키지를 밀봉하는 커버; 및 상기 패키지의 표면에 형성되며, 상기 IC칩에 온도보상데이터를 입출력할 수 있는 IC단자를 포함하며, 상기 온도보상데이터의 일반값은 상기 패키지를 밀봉하기 전에 상기 온도보상부에 기록된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 온도보상형 발진기는, 상기 패키지의 표면에 형성되며, 상기 압전소자의 발진주파수를 조정하기 위해 상기 발진주파수를 출력하는 TCXO 주파수 출력단자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 압전소자는 수정편인 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 의한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하되, 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하도록 한다.
< 제1실시예 >
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예로서의 온도보상형 발진기의 단면도 및 저면도이고, 도 3은 상기 온도보상형 발진기에 사용되는 IC칩의 구성 블록도를 나타낸다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 패키지(105) 내에 형성된 캐비티 하부에, 발진부 및 온도보상부 등으로 구성된 IC칩(110)이 탑재된다.
그리고, 상기 패키지(105) 내의 상기 IC칩(110) 상부에, 사용자가 원하는 주파수를 발진하는 압전소자(115)가 탑재되는데, 본 실시예에서는 상기 압전소자(115)로서 수정편(115)을 사용한다.
상기 IC칩(110)과 수정편(115)이 탑재된 상기 패키지(105)의 상부는, 용접링(120) 등을 접착수단으로 사용하여 커버(125)로서 밀봉된다.
여기서, 상기 IC칩(110)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 온도상태를 검출하는 온도검출부(205)와, 상기 압전소자(115)를 통해 사용자가 원하는 주파수를 발진하는 발진부(215)와, 상기 온도검출부(205)로부터의 온도검출신호에 근거하여 상기 발진부(215)의 출력단(220)에 출력되는 신호의 주파수를 일정하게 유지하기 위한 온도보상부(210)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 온도보상부(210)에는 온도보상데이터를 기록할 수 있는 메모리부(예를 들어, EEPROM: 미도시)가 내장되어 있다.
한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 온도보상형 발진기의 측면에는 상기 IC칩(110)에 온도보상데이터를 입출력할 수 있는 IC단자(130)가 형성되어 있고, 상기 온도보상형 발진기의 하면에는 상기 수정편(115)의 발진주파수를 모니터링할 수 있는 TCXO 주파수 출력단자(135)가 형성되어 있다.
여기서, 상기 IC단자(130)와 TCXO 주파수 출력단자(135)는 상기 패키지(105)의 표면의 어느 곳에 형성되어도 상관없으나, 제조공정의 편리성 등을 고려하여 상 기 패키지(105)의 측면 및 하면에 형성한다.
본 실시예에 의한 온도보상형 발진기는 종래의 온도보상형 발진기에 필수적으로 형성되어 있는 수정편 주파수 출력단자(미도시)가 형성되어있지 않은 특징이 있는데, 이에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1실시예로서의 온도보상형 발진기의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이고, 도 5는 그 제조방법을 나타내기 위한 흐름도이다.
상기 도 4a 내지 도 4d와 도 5를 참조하여 본 발명의 제1실시예로서의 온도보상형 발진기의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 상기 패키지(105) 내에 형성된 캐비티 하부에 상기 IC칩(110)을 탑재한다(S505).
그 다음, 상기 IC칩(110)을 구성하고 있는 온도보상부(210)의 메모리부에 온도보상데이터의 일반값을 기록한다(S510).
여기서, 상기 온도보상데이터의 일반값은, 상기 수정편(115)이 다양한 온도하에서 편차를 일으키는 주파수를 보정(보상)하기 위한 값으로서, 이러한 온도보상데이터의 일반값은 상기 수정편(115)을 상기 패키지(105)에 탑재하기 전에 다양한 온도에서 노출시킴으로써 얻게된 실험값일 수 있다.
그 다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 패키지(105) 내의 상기 IC칩(110) 상부에, 사용자가 원하는 주파수를 발진하기 위한 수정편(115)을 탑재한다(S515).
그 다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 주파수 카운터(frequency counter) 등으로 상기 수정편(115)의 발진주파수를 모니터링하면서 이온빔(405) 등으로 상기 수정편(115) 표면의 전극막을 제거함으로써, 기준온도(일반적으로 상온: 25℃)하에서 상기 수정편(115)의 발진주파수를 사용자가 원하는 주파수가 되도록 조정한다(S520).
이때, 상기 수정편(115)의 발진주파수를 모니터링하는 방법은, 상기 패키지(105)의 하면에 형성된 상기 TCXO 주파수 출력단자(135)를 통해 모니터링할 수 있는데, 이는 앞 공정(S510)에서 이미, 상기 IC칩(110)을 구성하고 있는 상기 온도보상부(210)의 메모리부에 온도보상데이터의 일반값을 기록하였기 때문에 가능하다.
만약, 종래와 같이 상기 온도보상부(210)의 메모리부의 각 레지스터에 각 비트가 모두 '0' 이거나 모두 '1'인 데이터가 기록되어 있다면, 상기 TCXO 주파수 출력단자를 통해 모니터링한 상기 수정편(115)의 발진주파수 값은 실제 발진주파수 값을 왜곡하여 출력하므로, 종래에는 상기 패키지(105)의 표면에 별도로 형성된 수정편 주파수 출력단자(미도시)를 통해 직접 상기 수정편(115)의 발진주파수를 모니터링할 수 밖에 없었다.
따라서, 본 실시예에 의하면 상기 수정편 주파수 출력단자(미도시)를 통할 필요없이 상기 TCXO 주파수 출력단자(135)를 통해 상기 수정편(115)의 발진주파수를 모니터링하면서 상기 수정편(115)의 발진주파수를 사용자가 원하는 주파수가 되도록 조정할 수 있다.
다만, 경우에 따라서, 상기 수정편(115)이 기준온도하에서 사용자가 원하는 주파수를 발진하는 이상적인 수정편이라면, 상기 수정편(115)의 발진주파수를 사용자가 원하는 주파수가 되도록 조정하는 단계(S520)는 생략할 수 있다.
마지막으로, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 패키지(105)의 측벽 상면에 용접링(120) 등을 사용하여 커버(125)를 접착함으로써, 상기 패키지(105)를 밀봉한다(S525). 이러한 패키지 밀봉 공정(S525)을 끝으로 본 실시예에 의한 온도보상형 발진기의 제조를 완성한다.
도 6a는 상기 온도보상부(210)의 메모리부에 온도보상데이터의 일반값을 기록하는 과정을 행하지 않은 경우의 온도에 따른 주파수특성 그래프로서, 도 6a에서 확인되는 바와 같이, 상기 온도보상부(210)의 메모리부에 온도보상데이터의 일반값을 기록하는 과정을 행하지 않고 온도보상형 발진기를 제조하면, 본래의 수정편이 가지고 있는 온도에 따른 주파수 특성이 그대로 나타나게 되어, 온도에 따라 최대 10ppm의 주파수편차를 발생시키게 된다.
한편, 도 6b는 상술한 본 실시예에 의해 제조된 온도보상형 발진기의 온도에 따른 주파수특성 그래프로서, 도 6b에서 확인되는 바와 같이, 상술한 실시예에 따라 상기 온도보상부(210)의 메모리부에 온도보상데이터의 일반값을 기록하는 과정을 행하고서 온도보상형 발진기를 제조하면, 본래의 수정편이 가지고 있는 온도에 따른 주파수 특성이 보정(보상)됨으로써, 온도에 따른 주파수편차를 대폭 감소시키게 되고, 따라서 최대 3ppm의 주파수편차를 발생시킴을 알 수 있다.
즉, 본 실시예에 의하면, 종래기술에서와 같이, 상기 패키지(115)를 밀봉한 후 상기 패키지(115)를 다양한 온도상태로 노출시키면서 그 각 온도상태에서 발생한 주파수 편차를 측정하고 그 측정치에 따른 온도보상데이터를 상기 IC칩의 보상데이터기억부에 기록하는 공정을 행하지 않고서,도 고품질의 온도보상 특성을 갖는 온도보상형 발진기를 제조할 수 있다.
< 제2실시예 >
도 7은 본 발명의 제2실시예로서의 온도보상형 발진기의 제조방법을 나타내기 위한 흐름도이다.
본 실시예는 상술한 제1실시예와 동일한 공정(S505 내지 S525)을 수행하나, 상술한 제1실시예의 패키지를 밀봉하는 공정(S525) 후에 새로운 공정이 추가되는데, 도 7을 참조하여 본 실시예에 의한 온도보상형 발진기의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 먼저 상기 패키지가 밀봉된 상태에서, 상기 패키지를 다양한 온도상태로 노출시키면서 그 각 온도상태에서 발생한 주파수 편차를 TCXO 주파수 출력단자를 통해 측정하는 단계(S705)와, 그 측정치가 사용자가 원하는 주파수 편차 내인지 여부를 판단하는 단계(S710)가 수행된다.
만약, 그 측정치가 사용자가 원하는 주파수 편차 내라면 별도의 보정(보상)과정을 거치지 않고 본 실시예에 의한 온도보상형 발진기의 제조를 완성한다.
그러나, 그 측정치가 사용자가 원하는 주파수 편차를 벗어난 것이라면, 그 측정치에 따른 실제의 온도보상데이터를 작성한다(S715).
그 다음, 상기 온도보상부의 메모리부에 기록된 온도보상데이터의 일반값을 상기 작성된 실제의 온도보상데이터 값으로 보정함으로써 본 실시예에 의한 온도보상형 발진기의 제조를 완성한다(S720).
도 8은 상술한 본 실시예에 의해 제조된 온도보상형 발진기의 온도에 따른 주파수특성 그래프로서, 도 8에서 확인되는 바와 같이, 상기 S715 및 S720 공정을 통해 상기 온도보상부의 메모리부에 기록된 온도보상데이터의 일반값을 상기 작성된 실제의 온도보상데이터 값으로 보정함으로써 온도에 따른 주파수 편차가 최대 1ppm 이하가 되도록 할 수 있어, 더욱 정밀한 온도보상이 되고, 따라서 사용자가 원하는 주파수 편차를 가지는 고품질의 온도보상형 발진기를 제조할 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 온도보상형 발진기 및 그 제조방법에 의하면, 패키지에 IC칩을 탑재한 후 상기 IC칩에 미리 온도보상데이터의 일반값을 입력시킴으로써, 후에 별도의 온도보상과정을 실행할 필요가 없는 효과가 있다.
또한, 후에 별도의 온도보상과정을 실행하더라도 미리 입력된 온도보상데이 터의 일반값을 보정하면 되므로, 조정공정이 간소화되고 더욱 정밀한 온도보상을 가능하게 한다.
그리고, 압전소자(수정편)의 발진주파수를 조정하는 단계에서 TCXO 주파수 출력단자를 통해 상기 발진주파수를 모니터링할 수 있으므로, 별도의 압전소자(수정편) 주파수 출력단자를 패지지 표면에 형성할 필요가 없게 되고, 따라서 상기 패키지의 측벽의 강도가 더욱 강화될 뿐만 아니라, 제품을 더욱 소형화할 수 있는 이점이 있다.

Claims (9)

  1. 패키지 내에, 발진부 및 온도보상부를 포함하는 IC칩을 탑재하는 단계;
    상기 온도보상부의 메모리부에 온도보상데이터의 일반값을 기록하는 단계;
    상기 패키지 내에 압전소자를 탑재하는 단계; 및
    상기 패키지를 밀봉하는 단계를 포함하는 온도보상형 발진기의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자를 탑재한 후, 상기 압전소자의 발진주파수를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도보상형 발진기의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압전소자의 발진주파수를 조정하는 방법은,
    상기 패키지에 형성된 TCXO 주파수 출력단자를 통해 상기 발진주파수를 모니터링하면서 조정하는 것을 특징으로 하는 온도보상형 발진기의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패키지를 밀봉한 후, 상기 온도보상데이터의 일반값을 기록하는 단계에 의하여 기록된 온도보상데이터의 일반값을 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도보상형 발진기의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 온도보상데이터의 일반값은,
    상기 패키지에 압전소자를 탑재하기 전에 상기 압전소자에 대한 주파수편차 특성 실험을 통해 선택된 값인 것을 특징으로 하는 온도보상형 발진기의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압전소자로서 수정편을 사용하는 것을 특징으로 하는 온도보상형 발진기의 제조방법.
  7. 패키지;
    상기 패키지내에 탑재되며, 발진부 및 온도보상데이터의 일반값이 기록되어 있는 온도보상부를 포함하는 IC칩;
    상기 패키지내의 IC칩 상부에 탑재되는 압전소자;
    상기 패키지를 밀봉하는 커버; 및
    상기 패키지의 표면에 형성되어, 상기 IC칩에 온도보상데이터를 입출력할 수 있는 IC단자를 포함하며, 상기 온도보상데이터의 일반값은 상기 패키지를 밀봉하기 전에 상기 온도보상부에 기록된 것을 특징으로 하는 온도보상형 발진기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 패키지의 표면에 형성되며, 상기 압전소자의 발진주파수를 조정하기 위해 상기 발진주파수를 출력하는 TCXO 주파수 출력단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도보상형 발진기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 압전소자는 수정편인 것을 특징으로 하는 온도보상형 발진기
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