KR101320268B1 - 수정 진동자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR101320268B1
KR101320268B1 KR1020120044830A KR20120044830A KR101320268B1 KR 101320268 B1 KR101320268 B1 KR 101320268B1 KR 1020120044830 A KR1020120044830 A KR 1020120044830A KR 20120044830 A KR20120044830 A KR 20120044830A KR 101320268 B1 KR101320268 B1 KR 101320268B1
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electrode
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forming
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이종필
차상엽
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 베이스부; 상기 베이스부로부터 연장되며 상면에 길이방향으로 형성된 제1 홈부 및 하면에 길이방향으로 형성된 제2 홈부를 포함하는 한 쌍의 암부; 상기 암부의 양 측면에 형성되며, 측면으로부터 상기 암부의 상면 및 하면 상에 연장되어 형성된 제1 전극; 및 상기 제1 전극과 이격되며 상기 암부 중 상기 제1 홈부가 형성된 상면 및 상기 제2 홈부가 형성된 하면 상에 형성된 제2 전극;을 포함하며, 상기 암부의 길이-두께 방향의 단면에서 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋 되도록 배치되고 상기 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격되며, 상기 암부의 상면과 하면에 형성된 상기 제1 전극의 면적이 서로 다른 수정진동자를 제공한다. 본 발명에 따르면 전계를 강하게 하여 저 ESR 값과 안정적인 주파수 값을 제공하는 수정진동자를 구현할 수 있다.

Description

수정 진동자 및 그 제조 방법{QUARTZ VIBRATOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 ESR 값이 작고 안정적인 주파수를 구현하는 수정진동자에 관한 것이다.
일반적으로 압전소자는 외부에서 전압을 가하면, 압전현상에 의해 진동하고, 그 진동을 통해서 주파수를 발생시키는 장치이다.
압전 진동자는 안정된 주파수를 얻을 수 있어 일반적으로 주파수 발진기, 주파수 조정기, 주파수 변환기 등의 여러 용도로 사용된다.
특히 컴퓨터(하드, 디스크, 드라이브) 또는 IC카드 등의 소형 정보기기나 통신기기의 발진회로에서 사용되며, 신호의 기준이 되는 핵심부품으로서 사용되기도 한다.
이러한 압전 진동자는 압전소재로서 주로, 뛰어난 압전특성을 갖는 수정(crystal)을 사용하게 되는데, 이때 수정은 안정한 기계적 진동 발생기의 역할을 하게 된다.
이때 수정은 낮은 위상 노이즈(phase noise)와 높은 Q값(Quality value), 그리고 시간과 환경변화에 대한 낮은 주파수 변화율을 갖도록 형성되어야 한다.
여기서, 상기 Q값은 공진기, 여파기, 발진기 등에서의 밴드 선택 특성을 나타내는 값이며, 품질계수라고도 한다. 상기 Q값은 3데시벨(dB) 대역폭에 대한 중심주파수의 비로 계산된다. 상기 Q값이 클수록 주파수 선택 특성이 좋은 발진기가 된다.
다양한 종류의 압전 진동자 중 소리 굽쇠(tuning fork)형의 수정 진동자는, 평행하게 배치되는 한 쌍의 진동 완부와, 한 쌍의 진동 완부를 고정하는 기부로 형성되며, 진동 완부와 기부의 외주면에 전극이 형성된다.
압전 진동편에 소정의 전압이 인가되면, 한 쌍의 진동 완부에 가까워지거나 멀어지는 방향으로 공진 주파수가 발생한다.
최근 휴대폰과 같은 이동통신 단말기의 기능이 다양화되고, 복합화됨에 따라 이에 구비되는 부품도 소형화, 박형화를 요구하고 있다. 따라서, 압전 진동자를 구성하는 압전 진동편에 대해서도 소형화가 요구된다.
다만, 상기 소리 굽쇠형 압전 진동자를 작동시킴에 있어서 전계 성분이 크면 저항값이 작아지게 되나, 압전 진동편을 소형화함에 따라 전계 성분이 작아지게 되고 저항값이 커져 안정적인 주파수 값을 구현해내기 어려운 문제점이 있다.
또한, 저항값이 상승하면 저전력으로 압전 진동자를 작동하는 것이 어렵게 되는 문제가 발생한다.
일본특허공개공보 제2011-78110호
본 발명은 ESR 값이 작고 안정적인 주파수를 구현하는 수정진동자를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는 베이스부; 상기 베이스부로부터 연장되며 상면에 길이방향으로 형성된 제1 홈부 및 하면에 길이방향으로 형성된 제2 홈부를 포함하는 한 쌍의 암부; 상기 암부의 양 측면에 형성되며, 측면으로부터 상기 암부의 상면 및 하면 상에 연장되어 형성된 제1 전극; 및 상기 제1 전극과 이격되며 상기 암부 중 상기 제1 홈부가 형성된 상면 및 상기 제2 홈부가 형성된 하면 상에 형성된 제2 전극;을 포함하며, 상기 암부의 길이-두께 방향의 단면에서 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋 되도록 배치되고 상기 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격되며, 상기 암부의 상면과 하면에 형성된 상기 제1 전극의 면적이 서로 다른 수정진동자를 제공한다.
상기 제1 홈부 또는 제2 홈부는 복수 개일 수 있다.
상기 암부의 상면 또는 하면의 양 측면에 길이방향으로 단차부가 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 암부 중 어느 하나의 암부에 있어서 상기 제1 전극과 제2 전극은 반대 극성을 갖을 수 있다.
상기 한 쌍의 암부 중 어느 하나의 암부에 형성된 상기 제1 전극과 다른 하나의 암부에 형성된 상기 제2 전극은 같은 극성을 갖을 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 기판을 마련하는 단계; 상기 기판에 베이스부와 상기 베이스부로부터 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 암부를 형성하는 단계; 상기 암부의 상면에 길이방향으로 제1 홈부를 형성하는 단계; 상기 암부의 하면에 길이방향으로 제2 홈부를 형성하는 단계; 상기 암부의 양 측면과 측면으로부터 상기 암부의 상면 및 하면에 연장되도록 제1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 암부 중 상기 제1 홈부가 형성된 상면 및 상기 제2 홈부가 형성된 하면 상에 상기 제1 전극과 이격되도록 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 암부의 길이-두께 방향의 단면에서 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되고 상기 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격되며, 상기 암부의 상면과 하면에 형성된 상기 제1 전극의 면적이 서로 다른 수정진동자 제조 방법을 제공한다.
상기 제1 홈부 또는 제2 홈부는 복수 개일 수 있다.
상기 암부의 상면 또는 하면의 양 측면에 길이방향으로 단차부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면 ESR 값을 낮출 수 있고, 안정적인 주파수 값을 제공할 수 있어 신뢰성이 우수한 수정진동자의 구현이 가능하다.
도 1 내지 도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 수정진동자를 개략적으로 나타내는 평면도 및 상기 평면도의 A-A'단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 수정진동자의 제조 공정도이다.
본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상 동일한 도면 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 수정진동자를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 1의 (b)는 (a)의 A-A' 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 수정진동자는 베이스부(10); 상기 베이스부(10)로부터 연장되며 상면에 길이방향으로 형성된 제1 홈부(25) 및 하면에 길이방향으로 형성된 제2 홈부(27)를 포함하는 한 쌍의 암부(21,22); 상기 암부(21)의 양 측면에 형성되며, 측면으로부터 상기 암부의 상면 및 하면 상에 연장되어 형성된 제1 전극(31); 및 상기 제1 전극(31)과 이격되며 상기 암부(21) 중 상기 제1 홈부(25)가 형성된 상면 및 상기 제2 홈부(27)가 형성된 하면 상에 형성된 제2 전극(33);을 포함하며, 상기 암부(21)의 길이-두께 방향의 단면에서 상기 제1 홈부(25)와 제2 홈부(27)는 서로 오프셋 되도록 배치되고 상기 암부(21)의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격되며, 상기 암부(21)의 상면과 하면에 형성된 상기 제1 전극(31)의 면적이 서로 다를 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 수정진동자에 있어서, '길이방향'은 베이스부에서 암부로 향하는 방향, 즉 도 1의 X 방향이고, '폭 방향'은 도 1의 Y 방향으로 정의한다. 또한, 길이-두께 방향의 단면은 도 1의 A-A' 단면과 같다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 베이스부(10) 및 상기 베이스부(21)로부터 연장된 암부(21,22)는 이에 제한되는 것은 아니나 SiO2 로 구성되는 수정체를 사용하여 형성할 수 있다.
수정체는 전기적 신호에 의해 압전 효과를 발생시키며, 수정체는 다른 결정에 비해 Q 값이 높아 안정된 진동을 얻을 수 있다. Q 값이 크면 장시간 동안 진동이 감쇠되지 않을 수 있다.
상기 암부(21,22)는 상면에 길이방향으로 형성된 제1 홈부(25)와 하면에 길이방향으로 형성된 제2 홈부(27)를 포함할 수 있다.
상기 제1 홈부(25) 또는 제2 홈부(27)는 복수 개일 수 있다.
상기 제1 홈부(25) 및 제2 홈부(27)는 A-A'에 따른 단면에서 서로 오프셋 되도록 배치되고 상기 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격되어 형성될 수 있다.
소정 간격에 대하여 제한된 것은 아니며, 상기 제1 홈부(25)를 암부의 하면으로 연장시켰을 때 상기 제2 홈부(27)와 만나지 않을 정도이면 된다.
상기 베이스부(10) 및 암부(21,22)의 외주부에 제1 전극(31) 및 제2 전극(33)을 형성할 수 있다.
상기 제1 전극(31) 및 제2 전극(33)은 수정체에 전기 신호를 제공하여 상기 수정체에 압전 효과를 발생시키고, 또한 상기 수정체의 압전 효과에 의한 전기 신호를 출력하는 수단이 될 수 있다.
상기 제1 전극(31) 및 제2 전극(33)은 Au, Ag, Al, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 한 쌍의 암부(21,22) 중 어느 하나의 암부(21)에 있어서 상기 제1 전극(31)과 제2 전극(33)은 반대 극성을 가질 수 있다.
상기 한 쌍의 암부(21,22) 중 어느 하나의 암부(21)에 형성된 상기 제1 전극(31)과 다른 하나의 암부(22)에 형성된 상기 제2 전극(33)은 같은 극성을 가질 수 있다.
도 1의 (b)에서 제1 전극(31)에 (-)극성을 연결하고 제2 전극(33)에 (+)극성을 연결하면 제2 전극(33)에서 제1 전극(31) 방향으로 전계가 발생한다.
전계가 강할수록 등가직렬저항(ESR) 값이 작아지고, Q 값이 커져 성능이 우수한 수정 진동자를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 전하의 이동거리를 짧게 하여 전계의 크기를 강하게 할 수 있다.
즉, 제1 홈부(25) 또는 제2 홈부(27)의 측면에 형성된 제2 전극(33)과 상기 암부(21)의 상면 및 하면에 형성된 제1 전극(31) 사이의 거리를 짧게 하기 위하여 암부(21)의 상면 및 하면에 형성된 제1 전극(31)의 형성 면적을 홈부의 위치에 맞게 각각 다르게 할 수 있다.
제1 전극(31)과 제2 전극(33) 사이의 거리를 가깝게 형성하여 전계의 크기를 크게 할 수 있다.
따라서 ESR 값을 낮출 수 있으며 이에 따라 안정적인 주파수 값을 구현할 수 있다. 특히 소형 크기를 유지하면서 고성능의 수정진동자를 제공할 수 있다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 수정진동자를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2의 (b)는 (a)의 A-A' 단면도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 수정진동자는 복수 개의 제1 홈부(25) 및 제2 홈부(27)를 포함하며, 암부의 상면에 형성된 제1 전극(31)의 면적이 하면에 형성된 제1 전극(31)의 면적보다 넓을 수 있다.
암부의 하면에 형성된 제1 전극(31)의 면적보다 상면에 형성된 제1 전극(31)의 면적을 넓게 함으로써 홈부(25,27)의 측면에 형성된 제2 전극(33)과 제1 전극(31) 사이의 거리를 짧게 할 수 있고, 이에 따라 제1 전극(31)과 제2 전극 사이(33)에 형성되는 전계를 강하게 할 수 있다.
상기 본 발명의 실시예에 따르면, 전계를 강하게 하여 낮은 ESR 값과 안정적인 주파수를 구현할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수정진동자는 암부의 상면 또는 하면의 양 측면에 단차부를 형성할 수 있다.
상기 단차부는 암부의 양 측면의 두께를 암부의 중앙부의 두께보다 작게 하여 형성할 수 있다.
암부(21)의 하면에 형성된 제1 전극(31)의 면적보다 상면에 형성된 제1 전극(31)의 면적을 넓게 하여 제1 홈부(25) 또는 제2 홈부(27)의 측면에 형성된 제2 전극(33)과 제1 전극(31) 사이의 거리를 짧게 할 수 있다.
또한, 단차부를 형성함으로써 제1 홈부(25) 또는 제2 홈부(27)의 측면에 형성된 제2 전극(33)과 상기 암부의 측면에 형성된 제1 전극(31) 사이의 거리를 짧게 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수정진동자 제조방법을 나타내는 공정도이며, 한 쌍의 암부 중 어느 하나의 암부에 대한 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 수정진동자 제조방법은 기판을 마련하는 단계; 상기 기판에 베이스부와 상기 베이스부로부터 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 암부를 형성하는 단계; 상기 암부의 상면에 길이방향으로 제1 홈부를 형성하는 단계; 상기 암부의 하면에 길이방향으로 제2 홈부를 형성하는 단계; 상기 암부의 양 측면과 측면으로부터 상기 암부의 상면 및 하면에 연장되도록 제1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 암부 중 상기 제1 홈부가 형성된 상면 및 상기 제2 홈부가 형성된 하면 상에 상기 제1 전극과 이격되도록 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 암부의 길이-두께 방향의 단면에서 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되고 상기 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격되며, 상기 암부의 상면과 하면에 형성된 상기 제1 전극의 면적이 서로 다를 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수정진동자 제조방법에서 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 수정진동자의 특징과 동일한 내용은 생략하도록 한다.
상기 기판은 이에 제한되는 것은 아니나 SiO2 를 포함하는 수정 웨이퍼일 수 있으며 상기 수정 웨이퍼를 절단하여 베이스부 및 암부를 형성할 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 제1 및 제2 홈부(25,27)를 형성하는 단계에서, 상기 기판의 상면과 하면에 에칭할 영역을 노출시키는 개구를 갖는 마스크를 형성할 수 있다.
도 5의 (c)를 참조하면, 상기 마스크가 형성된 웨이퍼에 플라즈마 상태의 가스를 공급하여 상기 마스크의 개구를 통하여 노출된 영역을 에칭하고 제1 및 제2 홈부(25,27)를 형성할 수 있다.
상기 제1 또는 제2 홈부(25,27)는 복수 개일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 종래에 암부를 형성하는 공정과 홈부를 형성하는 공정을 개별적으로 진행하는 것과 달리 수정진동자의 암부를 형성하는 공정과 홈부를 형성하는 공정을 동시에 진행할 수 있다.
따라서, 수정진동자의 제조 공정을 단순화하여 원가 절감 및 효율을 높일 수 있다.
상기 베이스부 및 암부의 외주부에 제1 전극(31) 및 제2 전극(33)을 형성할 수 있다.
상기 제1 전극(31) 및 제2 전극(33)은 Au, Ag, Al, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 증착 등의 방법으로 형성할 수 있다.
홈부(25,27)의 측면에 형성된 제2 전극(33)과 상기 암부(21)의 상면 또는 하면에 형성된 제1 전극(31) 사이의 거리를 짧게 하기 위해, 상기 암부(21)의 상면 및 하면에 형성된 제1 전극(31)의 면적을 다르게 할 수 있다.
즉, 홈부가 형성된 위치에 따라 상기 암부의 상면 또는 하면에 형성된 제1 전극의 면적을 조절하여 전극 간 거리를 좁히고 전계의 크기를 크게 할 수 있다.
전계가 강하면 ESR 값을 낮출 수 있고 Q 값을 높일 수 있다. 따라서, 안정적인 주파수 값을 구현하는 수정진동자를 제공할 수 있다.
상기 제1 및 제2 홈부를 형성하는 단계에서 상기 암부의 상면 또는 하면의 양 측면에 길이방향으로 단차부가 형성되도록 암부의 상면 또는 하면의 양 측면을 에칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 암부의 측면부와 중앙부의 두께를 다르게 하여 단차부를 형성함으로써 상기 암부(21)의 측면에 형성된 제1 전극(31)과 홈부(25,27)의 측면에 형성된 제2 전극(33) 사이의 거리를 가깝게 할 수 있다. 이에 따라 전계의 크기를 크게 하고 ESR 값을 낮출 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
21, 22: 암부 25,27: 제1 및 제2 홈부
31,33: 제1 및 제2 전극 10: 베이스부

Claims (8)

  1. 베이스부;
    상기 베이스부로부터 연장되며 상면에 길이방향으로 형성된 제1 홈부 및 하면에 길이방향으로 형성된 제2 홈부를 포함하는 한 쌍의 암부;
    상기 암부의 양 측면에 형성되며, 측면으로부터 상기 암부의 상면 및 하면 상에 연장되어 형성된 제1 전극; 및
    상기 제1 전극과 이격되며 상기 암부 중 상기 제1 홈부가 형성된 상면 및 상기 제2 홈부가 형성된 하면 상에 형성된 제2 전극;을 포함하며,
    상기 암부의 길이-두께 방향의 단면에서 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋 되도록 배치되고 상기 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격되며, 상기 암부의 상면과 하면에 형성된 상기 제1 전극의 면적이 서로 다른 수정진동자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 홈부 또는 제2 홈부가 복수 개인 수정진동자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 암부의 상면 또는 하면의 양 측면에 길이방향으로 단차부가 형성된 수정진동자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 암부 중 어느 하나의 암부에 있어서 상기 제1 전극과 제2 전극은 반대 극성을 갖는 수정진동자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 암부 중 어느 하나의 암부에 형성된 상기 제1 전극과 다른 하나의 암부에 형성된 상기 제2 전극은 같은 극성을 갖는 수정진동자.
  6. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판에 베이스부와 상기 베이스부로부터 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 암부를 형성하는 단계;
    상기 암부의 상면에 길이방향으로 제1 홈부를 형성하는 단계;
    상기 암부의 하면에 길이방향으로 제2 홈부를 형성하는 단계;
    상기 암부의 양 측면과 측면으로부터 상기 암부의 상면 및 하면에 연장되도록 제1 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 암부 중 상기 제1 홈부가 형성된 상면 및 상기 제2 홈부가 형성된 하면 상에 상기 제1 전극과 이격되도록 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 암부의 길이-두께 방향의 단면에서 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되고 상기 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격되며, 상기 암부의 상면과 하면에 형성된 상기 제1 전극의 면적이 서로 다른 수정진동자 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 홈부 또는 제2 홈부를 복수 개 형성하는 수정진동자 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 암부의 상면 또는 하면의 양 측면에 길이방향으로 단차부를 형성하는 단계를 더 포함하는 수정진동자 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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