KR100790750B1 - 수정진동자 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 적어도 하나의 외부단자가 형성되는 바닥층과, 상기 바닥층의 일영역에 형성되며, 상기 적어도 하나의 외부단자와 연결되는 수정판 및 상기 수정판이 진동될 수 있는 내부 공간을 갖는 구조물로 이루어진 수정 진동자와, 상기 바닥층의 타영역에 형성되며, 상기 외부 단자에 연결되는 적어도 하나의 캐패시터 연결단자를 포함하는 수정 진동자 패키지를 제공한다.
수정진동자(crystal oscillator), 캐패시터(capacitor)
Description
도1a 및 도1b는, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 수정진동자 패키지의 단면도 및 평면도이다.
도2a 및 도2b는, 상기 도1의 수정진동자 패키지에 캐패시터가 연결된 등가회로도 및 상기 수정진동자 패키지를 세트내에 실장시 캐패시턴스와 주파수의 관계를 그래프로 나타낸 것이다.
도3a 및 도3b는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 수정진동자 패키지의 단면도 및 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
11 : 바닥층 12 : 외부단자
12a: 비아홀 13 : 버퍼층
14 : 내부단자 15 : 도전성 접합제
16 : 수정판 17 : 지지층
18 : 리드(lid) 19 : 캐패시터 연결단자
본 발명은, 수정진동자 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 주파수 발진기, 주파수 조정기 등의 여러 용도로 사용되는 수정진동자 및 상기 수정진동자의 캐패시턴스 매칭을 위해 캐패시터 연결단자를 포함하는 수정진동자 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 수정진동자는 주파수 발진기, 주파수 조정기, 주파수 변환기 등의 여러 용도로 사용된다. 수정진동자는 뛰어난 압전특성을 갖는 수정을 사용하게 되는데 이때, 수정은 안정한 기계적 진동 발진기의 역할을 하게 된다.
수정은 고압의 오토클레이브(autoclave)에서 인공적으로 성장시키고, 결정축을 중심으로 절단하여 원하는 특성을 갖도록 크기와 모양을 가공하여 웨이퍼 형태로 제작하게 된다. 이 때, 수정은 낮은 위상 노이즈(phase noise)와 높은 Q 값, 그리고, 시간과 환경변화에 대한 낮은 주파수 변화율을 갖도록 형성되어야 한다.
수정 웨이퍼가 수정진동자로 사용되기 위해서는, 수정 웨이퍼가 패키지에 고정되어야 하고, 또한 전기적인 연결을 위해 웨이퍼의 표면에 전극을 형성하여야 한다. 또한, 수정 웨이퍼는 외부의 전기적 소자들과 연결되어야 하고, 이를 위해 패키지와 수정 웨이퍼를 도전성 접착제로 접착시키게 된다. 이때, 수정진동자의 우수한 진동효율과 외부의 충격에 대한 신뢰성 확보를 위해 충분한 접착영역을 확보해야 한다.
그리고, 패키지에 고정된 수정웨이퍼를 외부의 환경과 오염물질로부터 보호하기 위하여 밀봉하게 된다. 수정발진기는 외부의 환경적 변화와 오염등에 의해 동작효율과 품질에 큰 영향을 받게 되는데, 이때문에 수정진동자 패키지의 누설율(leak rate)이 매우 낮게 되도록 밀봉되어야 한다. 이를 위하여 세라믹 패키지 위에 금속제의 리드(lid) 지지층을 접착시켜 놓은 후, 상기 리드 지지층과 동일한 재질의 리드(lid)를 덮어 전기적인 용접을 통해 밀봉시킨다. 이 때, 세라믹과 금속, 금속과 금속 사이의 접착부위에서의 기밀성이 중요하게 된다.
최근 개인 휴대 통신 및 무선통신기의 발달에 의해 개인 휴대 단말기와 무선기기의 소형화로 인하여 주변 소자들의 소형화가 급격히 이루어지고 있다. 반면에 수정진동자는 주변 소자들에 비하여 용량이 비교적 크게된다. 이는 수정진동자가 외부와의 전기적, 기계적 연결의 한계성과 수정웨이퍼의 소형화의 한계에 의하여 수정진동자의 공간적 제약이 증가하기 때문이다.
이러한 수정진동자는 자체적으로 발진을 못하므로 세트에 발진회로가 형성되어 있어야 한다. 이러한 세트의 발진회로와 수정진동자 간의 매칭 특성이 양호하면 세트 구동에 문제가 없지만 매칭 특성에 이상이 생기면 세트 구동에 문제가 발생한다. 수정진동자는 수정 진동자에 가해지는 캐패시턴스 값에 따라 주파수가 변하기 때문에 세트와 수정진동자간의 매칭을 진행하기 위해서는 캐패시턴스 값의 확인이 필요하다.
종래의 수정진동자의 경우 세트와 매칭을 진행하기 위해서 세트에서 제시하는 수정 진동자의 외부에 캐패시턴스 값을 가하여 수정 진동자를 제작하여 세트 매 칭을 진행하였다. 그러나, 이러한 경우 세트의 캐패시턴스 값의 편차와 수정진동자에 가해주는 캐패시턴스 값과의 편차로 인하여 세트와 수정진동자간의 매칭 과정에 어려움이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은, 세트와 수정진동자 사이의 매칭을 쉽게 확인하고 조절할 수 있는 수정진동자 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 적어도 하나의 외부단자가 형성되는 바닥층과, 상기 바닥층의 일영역에 형성되며, 상기 적어도 하나의 외부단자와 연결되는 수정판 및 상기 수정판이 진동될 수 있는 내부 공간을 갖는 구조물로 이루어진 수정 진동자와, 상기 바닥층의 타영역에 형성되며, 상기 외부 단자에 연결되는 적어도 하나의 캐패시터 연결단자를 포함하는 수정 진동자 패키지를 제공한다.
상기 수정진동자는, 상기 바닥층의 일영역의 주연부에 형성되며, 일측 상면에 상기 적어도 하나의 외부단자와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 내부단자가 형성되는 버퍼층과, 상기 버퍼층의 내부단자와 전기적으로 연결되는 전극이 형성되고, 상기 버퍼층 상에 진동가능하도록 실장되는 수정판과, 상기 버퍼층의 내부단자 와 일정간격 이격되도록 상기 버퍼층의 주연부에 형성되는 지지층, 및 상기 수정판 실장부위를 밀봉하기 위하여 상기 지지층에 덮여지는 리드를 포함할 수 있다.
상기 내부단자는, 제1 내부단자 및 제2 내부단자를 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 캐패시터 연결단자는, 상기 제1 내부단자 및 제2 내부단자 각각에 연결되는 외부단자에 각각 연결되는 두 개의 캐패시터 연결단자인 것이 바람직하다.
상기 바닥층의 외부단자와 상기 버퍼층의 내부단자는 상기 바닥층 및 상기 버퍼층에 형성되는 비아홀을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 바닥층과 상기 버퍼층 사이에는 금속 접착층이 형성될 수 있고, 상기 수정판은 도전성 접착제를 통해 상기 버퍼층의 일측 상에 접착되는 것이 바람직하며, 상기 지지층 및 리드는 금속재일 수 있다.
상기 수정 진동자는, 상기 바닥층 일영역의 일측에 형성되며, 그 상면에 상기 적어도 하나의 외부단자와 전기적으로 연결되는 내부단자가 각각 형성되는 제1 및 제2 버퍼층과, 상기 바닥층 일영역의 타측에 형성되는 제3 버퍼층과, 상기 제1 및 제2 버퍼층 상에 일측이 고정 설치되어 전기적 신호에 의해 진동하는 수정판과, 상기 바닥층 일영역의 주연부 상에 형성되며 상기 수정판이 수납되도록 공간부가 형성되는 지지층, 및 상기 수정판 실장부위를 밀봉하기 위해 상기 지지층에 덮여 지는 리드를 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도1a 및 도1b는, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 수정진동자 패키지의 단면도 및 평면도이다. 단, 도1b에서는 도1a의 리드(18)가 제거된 후의 평면도를 나타내며, 도1a는 도1b의 A-A'의 단면도이다.
도1a를 참조하면, 본 실시형태에 따른 수정진동자 패키지(10)는, 바닥층(11), 상기 바닥층 상에 형성된 수정진동자 및 상기 수정진동자에 연결되는 캐패시터 연결단자(19)를 포함한다.
상기 바닥층(11)은 세라믹 기판의 형태이며, 그 하부면에 외부단자(12)가 형성되어 있다. 상기 외부단자(12)는 세라믹 패키지에 실장되는 수정에 전원을 공급하는 역할을 하며, 세라믹 패키지의 바닥층에는 외부단자와 대응되는 위치에 비아홀(12a)이 형성되어 있어서 상부면까지 전기적으로 연결되어 있게 된다.
상기 바닥층(11)의 일영역에는 버퍼층(13)이 형성된다. 상기 버퍼층은 상기 바닥층(11)의 일영역의 둘레에 적층형성되고, 또한 버퍼층(13)의 상부면에는 상기 바닥층(11)의 외부단자(12)와 전기적으로 연결되는 내부단자(14)가 형성된다. 버퍼층(13)은 수정판(16)을 지지하는 역할을 하게되고, 또한 수정판에 가해지는 외부로부터의 충격을 흡수하여 수정을 보호하는 역할을 하게된다.
상기 버퍼층(13)은 상기 바닥층(11)과 동일하게 세라믹 재질로 이루어지며, 바닥층(11)과 버퍼층(13)은 이미 소결된 상태의 견고한 세라믹이기 때문에 텅스텐 금속 접착층을 통해 서로 접착된다.
상기 버퍼층(13)은, 상기 바닥층(11)의 일영역의 주연부에 형성됨으로써, 가운데 영역에는 공간이 형성된다. 상기 공간은 상기 버퍼층에 실장되는 수정판(16)의 진동을 위한 공간으로 제공된다.
상기 버퍼층(13)에는 두 개의 내부단자(14a, 14b)가 형성된다. 상기 내부단자(14a, 14b)는 각각 비아홀을 통해 상기 바닥층의 외부단자에 연결된다. 상기 내부단자(14a, 14b)는 상기 버퍼층 상에 실장되는 수정판(16)에 형성된 전극(미도시)에 연결된다.
상기 버퍼층(13)의 일측에 형성되는 내부단자(14a, 14b)에 일단이 연결되도록 실장되는 수정판(16)은 그 타단이 상기 버퍼층의 타단의 상부까지 연장되지만, 상기 버퍼층의 타단에는 별도로 고정되지 않는다. 이는 수정판의 일측만을 고정하여 타측이 자유로이 진동할 수 있도록 하기 위함이다.
상기 버퍼층(13)의 일측에 형성된 내부단자(14a,14b)와 상기 수정판(16)의 전극의 연결을 견고히 하기 위해 상기 내부단자 상에 도전성 접착제(15)가 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(13)의 주연부에는 상기 내부단자(14a, 14b)와 소정간격 이격된 지지층(17)이 형성된다. 이는, 버퍼층(13)에 고정되는 수정판(16)을 밀봉된 상태로 유지하기 위한 리드(18)를 지지하기 위한 층이 된다.
상기 지지층(17)은, 버퍼층(13)보다 폭이 좁은 형태로 위치하게 되며, 상기 리드(18)가 금속재질이므로 지지층(17) 역시 금속재질로 형성된다. 상기 리드(18)는 지지층(17) 상에 밀봉되도록 접합되며 절연 코팅된 금속판이 되며, 이는 특히 차폐효과를 이루기 때문에 노이즈에 대한 방책이 되기도 한다.
상기 바닥층(11)의 타영역에는 캐패시턴스의 매칭을 위해 캐패시터 연결단자(19)가 형성된다.
본 실시형태에서는, 수정진동자에 형성되는 내부단자가 2 개(14a, 14b) 이므로, 이에 각각 연결되는 캐패시터 연결단자(19a, 19b)가 형성된다. 즉, 상기 수정진동자(16)에 형성된 전극(미도시)은 각각 상기 내부단자(14a, 14b)에 연결되며, 상기 내부단자(14a, 14b)는 비아홀을 통해 상기 바닥층의 외부단자에 연결되고, 상기 외부단자는 각각 상기 캐패시터 연결단자(19a, 19b)에 연결된다.
상기 캐패시터 연결단자(19a, 19b)에는 각각 캐패시터가 연결될 수 있다.
본 실시형태는, 상기 수정진동자에 대한 캐패시턴스의 매칭을 세트에 실장전에 맞출 수 있는 구조를 제공한다. 또한, 상기 캐패시터 연결단자에 연결되는 캐패시터를 바꾸어 줌으로써 수정 진동자의 캐패시턴스 값을 간단하게 튜닝할 수 있다.
본 실시형태와 같이 수정진동자와 캐패시터 연결단자를 동일 바닥층에 형성하여 하나의 패키지화 함으로서, 수정진동자를 이동통신 단말기 등의 세트에 실장시 캐패시턴스 값의 조절을 용이하게 할 수 있다. 종래에는, 수정진동자가 세트되는 외부 환경에 따라 상기 캐패시턴스 값을 조절해 주어야 하며, 상기 캐패시턴스 값이 고정되어 있는 경우에는 수정진동자 자체의 전극 패턴을 바꾸어야 하는 문제점이 있었으나, 본 실시형태에서는 이러한 문제점이 해결된다.
도2a 및 도2b는, 상기 도1의 수정진동자 패키지에 캐패시터가 연결된 등가회로도 및 상기 수정진동자 패키지의 세트내에 실장시 캐패시턴스와 주파수의 관계를 그래프로 나타낸 것이다.
도2a를 참조하면, 수정(X-tal)의 입력단 및 출력단에 각각 캐패시턴스(Cg, Cd)가 연결된다. 종래기술에 의하면, 상기 캐패시턴스가 수정진동자와 별개로 세트 내의 PCB 등에 형성되었으나, 본 실시형태에서는, 상기 캐패시턴스(Cg, Cd)가 수정진동자가 형성되는 동일한 바닥층에 배치될 수 있다.
상기 캐패시턴스(Cg, Cd)는, 각각 상기 수정판(16)에 형성된 입력 및 출력 전극에 일단이 연결되고 타단은 접지부에 연결된다. 즉, 상기 도1에서 캐패시터 연결단자(19a, 19b)는, 상기 수정판(16)의 전극에 연결되는 내부단자(14a, 14b)와 비아홀을 통해 연결되는 외부단자에 연결된다. 이로써, 상기 캐패시터 연결단자에 실장되는 캐패시터는 각각 상기 수정판(16)의 전극과 연결된다.
상기 캐패시터 연결단자(19a, 19b)에 실장되는 캐패시터의 캐패시턴스 값을 조절함에 따라 상기 수정판(16)의 공진주파수 특성을 조절할 수 있다.
도2b를 참조하면, 상기 수정진동자 패키지를 PCB에 실장시킬때 캐패시턴스와 주파수 사이의 관계를 나타낸다.
A 지점은 이동통신 단말기 등의 세트에 실장시 수정진동자에 의해 얻고자 하는 주파수를 나타낸다. B 지점은, 캐패시턴스의 튜닝없이 수정진동자를 이동통신 단말기 등의 세트 내에 실장시켰을 때 나타나는 주파수 값이다. 이 때, 상기 B 지점의 주파수를 A 지점의 주파수로 변화시키기 위해서, 상기 캐패시터 연결단자에 연결되는 캐패시터의 캐패시턴스 값을 조절할 수 있다.
도3a 및 도3b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 수정진동자 패키지의 단면도 및 평면도이다. 도3a는 도3b에서 B-B'의 단면도이고, 도3b는 도3a에서 리드(38)를 제거한 후의 평면도이다.
도3a 및 도3b를 참조하면, 본 실시형태에 따른 수정진동자 패키지(30)는 바닥층(31) 및 상기 바닥층의 일영역에 형성되는 수정진동자 및 상기 바닥층의 타영역에 형성되어 상기 수정진동자와 연결되는 캐패시터 연결단자(39)를 포함한다.
상기 바닥층(31)은, 세라믹 소재로 구성된다. 상기 바닥층(31)의 하면에는 외부단자(32)가 형성된다. 상기 바닥층(31)의 상면의 일영역에는 제1버퍼층(33a), 제2 버퍼층(33b) 및 제3 버퍼층(33c)이 형성된다. 상기 제1 버퍼층(33a) 및 제2 버퍼층(33b) 상에는 상기 바닥층의 외부단자와 연결되는 내부단자(34a, 34b)가 각각 형성된다.
상기 제1 버퍼층(33a) 및 제2 버퍼층(33b)에 형성된 내부단자(34a, 34b)에는 수정판(36)의 일단에 형성된 전극이 각각 연결된다. 상기 수정판(36)은 도전성 접착제(35)에 의해 접착되어 고정된다. 상기 제1 버퍼층(33a) 및 제2 버퍼층(33b)은 상기 수정판(36)을 지지하는 역할도 하고, 상기 수정판에 가해지는 외부로부터의 충격을 흡수하여 수정판을 보호하는 역할을 한다.
상기 수정판의 타단은 상기 제1 버퍼층(33a) 및 제2 버퍼층(33b)이 형성된 바닥층의 타측에 형성된 제3 버퍼층(33c)이 형성된 부분까지 연장되나, 상기 제3 버퍼층(33c)과 직접 접촉되지는 않는다.
상기 바닥층(31)의 일영역의 주연부에는 지지층(37)이 형성된다. 상기 지지층(37)은 상기 수정판(36)이 수납되는 공간을 형성하기 위해 상기 수정판(36)의 실장높이보다 높게 형성된다.
상기 지지층(37)의 상부에는 상기 수정판(36) 실장부위를 밀봉하기 위하여 리드(38)가 형성된다.
상기 바닥층(31)의 타영역에는, 상기 외부단자에 연결되는 캐패시터 연결단자(39)가 형성된다. 상기 캐패시터 연결단자(39)에 캐패시터를 연결할 수 있고, 상기 연결되는 캐패시터의 캐패시턴스 값을 조절함으로써, 수정진동자 패키지의 주파수 특성을 조절할 수 있다.
본 실시형태에서는, 수정진동자에 형성되는 내부단자가 2 개(34a, 34b) 이므로, 이에 각각 연결되는 캐패시터 연결단자(39a, 39b)가 형성된다. 즉, 상기 수정진동자(36)에 형성된 전극(미도시)은 각각 상기 내부단자(34a, 34b)에 연결되며, 상기 내부단자(34a, 34b)는 비아홀을 통해 상기 바닥층의 외부단자에 연결되고, 상기 외부단자는 각각 상기 캐패시터 연결단자(39a, 39b)에 연결된다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 즉, 수정판이 진동될 수 있는 공간내에 배치되는 수정진동자의 형태 및 수정판에 형성된 전극의 배열 등은 다양하게 구현될 수 있다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명에 따르면, 수정진동자의 주파수 특성을 튜닝할 수 있는 캐패시터 연결단자를 수정진동자와 일체로 제조함으로써 수정진동자 패키지를 이동단말기 등에 세트 시킬때 주파수 특성을 조절하기 위해 캐패시턴스 값을 용이하게 조절할 수 있다.
Claims (9)
- 적어도 하나의 외부단자가 형성되는 바닥층;상기 바닥층의 일영역에 형성되며, 상기 적어도 하나의 외부단자와 연결되는 수정판 및 상기 수정판이 진동될 수 있는 내부 공간을 갖는 구조물로 이루어진 수정 진동자; 및상기 바닥층의 타영역에 형성되며, 상기 외부 단자에 연결되는 적어도 하나의 캐패시터 연결단자를 포함하는 수정 진동자 패키지.
- 제1항에 있어서,상기 수정진동자는,상기 바닥층의 일영역의 주연부에 형성되며, 일측 상면에 상기 적어도 하나의 외부단자와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 내부단자가 형성되는 버퍼층;상기 버퍼층의 내부단자와 전기적으로 연결되는 전극이 형성되고, 상기 버퍼층 상에 진동가능하도록 실장되는 수정판;상기 버퍼층의 내부단자와 일정간격 이격되도록 상기 버퍼층의 주연부에 형성되는 지지층; 및상기 수정판 실장부위를 밀봉하기 위하여 상기 지지층에 덮여지는 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지.
- 제2항에 있어서,상기 내부단자는,제1 내부단자 및 제2 내부단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지.
- 제3항에 있어서,상기 캐패시터 연결단자는,상기 제1 내부단자 및 제2 내부단자 각각에 연결되는 외부단자에 각각 연결되는 두 개의 캐패시터 연결단자인 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지.
- 제2항에 있어서,상기 바닥층의 외부단자와 상기 버퍼층의 내부단자는 상기 바닥층 및 상기 버퍼층에 형성되는 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지.
- 제2항에 있어서,상기 바닥층과 상기 버퍼층 사이에는 금속 접착층이 형성되는 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지.
- 제2항에 있어서,상기 수정판은 도전성 접착제를 통해 상기 버퍼층의 일측 상에 접착되는 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지.
- 제2항에 있어서,상기 지지층 및 리드는 금속재인 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지
- 제1항에 있어서,상기 수정 진동자는,상기 바닥층 일영역의 일측에 형성되며, 그 상면에 상기 적어도 하나의 외부단자와 전기적으로 연결되는 내부단자가 각각 형성되는 제1 및 제2 버퍼층;상기 바닥층 일영역의 타측에 형성되는 제3 버퍼층;상기 제1 및 제2 버퍼층 상에 일측이 고정 설치되어 전기적 신호에 의해 진동하는 수정판;상기 바닥층 일영역의 주연부 상에 형성되며 상기 수정판이 수납되도록 공간부가 형성되는 지지층; 및상기 수정판 실장부위를 밀봉하기 위해 상기 지지층에 덮여지는 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지.
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|---|---|---|---|
| KR1020060123281A KR100790750B1 (ko) | 2006-12-06 | 2006-12-06 | 수정진동자 패키지 |
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| KR100790750B1 true KR100790750B1 (ko) | 2008-01-02 |
Family
ID=39216361
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970059127A (ko) * | 1996-01-31 | 1997-08-12 | 가네꼬 히사시 | 유리 세라믹 복합물 및 이를 사용한 평면 패키지 압전 소자 |
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| KR20030041355A (ko) * | 2001-11-19 | 2003-05-27 | 위니아만도 주식회사 | 에어컨 흡입그릴의 개폐장치 |
| KR100526289B1 (ko) * | 2004-05-31 | 2005-11-08 | 삼성전기주식회사 | 수정 진동자 패키지 |
-
2006
- 2006-12-06 KR KR1020060123281A patent/KR100790750B1/ko not_active IP Right Cessation
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