KR101532133B1 - 압전 소자 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR101532133B1
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Abstract

본 발명은 하부에 복수의 단자가 형성된 케이스; 상기 케이스의 내부에 형성되는 압전 소자; 상기 케이스의 내부에, 상기 압전 소자의 일면에 형성되는 박막의 온도 측정 소자; 및 상기 케이스의 밀폐시키는 덮개 부재;를 포함하는 압전 소자 패키지에 관한 것이다.

Description

압전 소자 패키지 및 그 제조 방법{Piezoelectric device package and method of fabricating the same}
본 발명은 압전 소자 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 압전 소자의 온도를 정확하게 측정하여 온도 편차로 인한 주파수 매칭의 문제를 개선할 수 있는 압전 소자 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
수정 진동자는 수정 발진기라고도 불리며, SiO2로 구성된 석영(Quartz)을 얇은 조각 형태로 제조하여 압전 소자와 상기 압전 소자의 양면에 Au 또는 Ag와 같은 도전성 물질로 이루어진 전극을 형성한다. 상기 전극에 전압을 가하면 전기 일그러짐 효과에 의해 변형력이 더해져서 진동이 일어난다. 진동이 일어나면 압전 효과에 의해 전극에 전압이 유발되고, 그 진동수는 수정의 역학적 성질이나 크기에 따라 정해지며, 일반적으로 온도 등의 변화에 대해 안정하고 Q값도 매우 높다.
이러한 성질을 이용하여 이동 통신 기기에 있어서 주파수를 제어하기 위해 수정 진동자가 사용된다. 수정 진동자의 경우 넓은 사용 온도 범위에서 외부 온도 변화에 대하여 일정한 안정적인 주파수를 유지해야 한다.
그러나, 수정 진동자는 실제 온도에 대하여 주파수 변화 특성을 나타낸다. 따라서, 수정 진동자와 온도에 따른 주파수를 보정하는 보상 회로를 수정 진동자에 구비하여 수정 진동자와 주파수간의 편차를 줄임으로써 보다 안정적이고 정확한 특성을 갖는 수정 진동자를 구현해낼 수 있다.
하기의 선행기술문헌의 특허문헌 1은 복합 수정 진동자 및 그 제조 방법에 관한 발명이다.
하기 특허문헌 1은 본 발명과 달리 칩 형태의 온도 측정 소자를 이용하고 있어, 본 발명이 박막 형태의 온도 측정 소자를 이용함으로써, 온도에 따른 압전 소자의 정밀한 주파수 보정을 하는 것이 불가능하여, 본 발명과 차이가 있다.
한국공개특허공보 제2012-0052821호
본 발명은 온도 측정 소자의 온도와 압전 소자의 온도의 차이를 최소화할 수 있는 압전 소자 패키지 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지는 하부에 복수의 단자가 형성된 케이스; 상기 케이스의 내부에 형성되는 압전 소자; 상기 케이스의 내부에, 상기 압전 소자의 일면에 형성되는 박막의 온도 측정 소자; 및 상기 케이스의 상부를 밀폐시키는 덮개 부재;를 포함할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 아래로부터 상기 온도 측정 소자, 상기 압전 소자의 순서로 적층되어 형성될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 압전 소자는 상부에 제1 여진 전극이 형성되고, 하부에는 제2 여진 전극이 형성되고, 상기 제1 및 2 여진 전극은 각각 상기 압전 소자의 하부의 모서리 부분에 연장 형성될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 압전 소자의 제1 및 제2 여진 전극이 형성된 모서리와 대응하도록, 상기 온도 측정 소자의 모서리 중 일부에 압전 소자 제1 연결 전극이 형성될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 압전 소자의 하부의 모서리 중 일부에 더미 전극 형성될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 단자는 상기 케이스의 하면의 모서리에 각각 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 온도 측정 입력 단자, 온도 측정 출력 단자, 압전 소자 입력 단자, 압전 소자 출력 단자가 배치될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 덮개 부재는 금속으로 형성될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 상기 단자 중 하나와 상기 덮개 부재가 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지의 제조 방법은 케이스 내부에 박막의 온도 측정 소자를 탑재하는 단계; 상기 케이스의 내부에 압전 소자를 탑재하는 단계; 및 상기 케이스의 상부에 덮개 부재를 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 압전 소자 패키지는 박막 형태의 온도 측정 소자를 이용함으로써, 압전 소자와 온도 측정 소자의 온도 차이를 최소화할 수 있다.
구체적으로, 압전 소자의 온도를 정확하게 측정할 수 있으며, 그에 따라 압전 소자와 주파수 간의 온도 편차를 줄임으로써 보다 안정적이고 정확한 특성을 갖는 압전 소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면 간단한 방법으로 압전 소자의 정확한 온도를 측정하여, 외부 온도 변화에 대하여 일정하고 안정적인 주파수를 유지할 수 있는 압전 소자 패키지의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A`의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3의 (a)는 종래 기술의 작동 시간에 따른 압전 소자와 온도 측정 소자의 온도를 도시한 그래프이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 작동 시간에 따른 압전 소자와 온도 측정 소자의 온도 차이를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지의 상부 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지의 하부 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호가 사용될 것이며, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지(100)의 개략적인 분해 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A`의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지(100)의 구조에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지(100)은 케이스(10), 상기 케이스 내부에 탑재된 온도 측정 소자(20)와 압전 소자(30), 상기 케이스(10) 상부에 위치하는 덮개 부재(40)을 포함한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지(100)는 하부의 복수의 단자가 형성된 케이스(10); 상기 케이스(10)의 내부에 형성되는 압전 소자(30); 상기 케이스(10)의 내부에, 상기 압전 소자(30)의 일면에 형성되는 박막의 온도 측정 소자(20); 및 상기 케이스(10)의 밀폐시키는 덮개 부재(40);를 포함할 수 있다.
상기 압전 소자(30)는 SiO2로 구성된 석영(Quartz)을 절단한 뒤 그 상면과 하면에 제1 여진 전극(31a)과 제2 여진 전극(31b)을 형성함으로써 제조될 수 있다. 상기 압전 소자(30)는 케이스 내부에 형성된 압전 소자 제2 연결 전극(11)에 의하여 압전 소자 입력 단자 및 압전 소자 출력 단자에 전기적으로 연결되어 외부 집적 회로와 연결될 수 있다.
상기 제1 및 2 여진 전극(31a, 31b)은 각각 상기 압전 소자(30)의 하부의 모서리 부분에 연장 형성될 수 있다.
상기 압전 소자(30), 상기 온도 측정 소자(20)는 연결부(C)를 이용하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 압전 소자는 외부 집적 회로와 연결되기 위한 제1 및 제2 여진 전극(31a, 31b)를 포함한다.
상기 제1 여진 전극(31a)은 압전 소자(30)의 입력 단자의 역할을, 상기 제2 여진 전극(31b)는 압전 소자(30)의 출력 단자 역할을 할 수 있다.
상기 제1 여진 전극(31a)과 상기 제2 여진 전극(31b)은 상기 온도 측정 소자(20)에 형성된 압전 소자 제1 연결 전극(21a, 21b)에 각각 연결되어, 케이스(10)의 내부에 위치하는 압전 소자 제2 연결 전극(11a, 11b)에 전기적으로 연결됨으로써, 집적 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 형태에 따란 압전 소자 패키지(100)는 상기 케이스(10)의 내부에 온도 측정 소자(20)와 압전 소자(30)를 적층함으로써, 간단히 압전 소자 패키지(100)를 완성할 수 있으며, 상술한 바와 같이 전기적으로 연결함으로써 상기 온도 측정 소자(20)와 상기 압전 소자(30)의 간격을 최소화시킬 수 있다.
상기 압전 소자(30)에는 하면의 모서리 중 일부에 더미 전극(32a, 32b)이 형성될 수 있다.
상기 더미 전극(32a, 32b)는 상기 온도 측정 소자(20)의 온도 측정 소자 입출력 전극(22a, 22b)와 연결부(C)를 통하여 연결될 수 있다.
상기 더미 전극(32a, 32b)이 상기 온도 측정 소자(20)와 연결됨으로써 상기 압전 소자(30)의 접착력이 증가하게 되어, 외부에 충격에 의해 상기 압전 소자(30)가 이탈되는 현상을 방지하여 압전 소자 패키지(100)의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 2를 참조하면, 압전 소자(30)의 하부에 온도 측정 소자(20)가 케이스(10)의 내부에 탑재될 수 있으며, 그에 따라 압전 소자(30)에 밀착하여 압전 소자(30)가 탑재된 케이스(10) 내부의 온도를 측정할 수 있다.
상기 온도 측정 소자(20)는 상기 압전 소자(30)의 상면 또는 하면에 밀착하여 형성될 수 있으며, 박막의 형태를 가질 수 있다.
상기 온도 측정 소자(20)는 써미스터(thermistor)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
써미스터 이외에 패키지 내부의 온도를 측정하여 외부 집적 회로(IC) 전달할 수 있는 박막의 온도 측정 소자가 사용될 수 있다.
써미스터의 경우, 전원에 연결되며, 써미스터의 온도에 따라 일정한 저항값을 가지므로 그 저항값을 측정하여 써미스터가 탑재된 압전 소자 패키지(100)의 온도를 측정할 수 있다.
이와 같은 방식으로 측정된 온도는 집적 회로에 수신되어 압전 소자 패키지(100)에 탑재된 압전 소자(30)의 온도-주파수 변화를 보상하기 위한 값으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 온도 측정 소자(20)는 온도 측정 소자 입출력 전극(22a, 22b)를 포함하며, 상기 온도 측정 소자 입력 단자(22a)를 전원에 연결하고, 온도 측정 소자 출력 전극(22b)를 집적 회로에 연결하여 일정한 전압에 따른 온도-저항 변화 특성에 따라 저항 값을 측정하여 온도 값을 측정할 수 있다.
상기 온도 측정 소자 입출력 전극(22a, 22b)은 케이스(10)의 내부의 밑면에 형성된 온도 측정 소자 연결 전극(12)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 케이스(10)의 하부에 형성된 복수의 단자(13, 14) 중 적어도 하나는 상기 덮개 부재(40)와 관통부(T)를 이용해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 덮개 부재(40)는 전도성이 좋은 물질로 형성함으로써 상기 압전 소자(30) 또는 상기 온도 측정 소자(20)의 접지 역할을 수행할 수 있다.
상기 덮개 부재(40)는 접지 역할을 함으로써, 압전 소자 패키지(100)가 주파수 발생시 노이즈를 방지하고, 외부로부터의 영향을 최소화할 수 있다.
상기 덮개 부재(40)는 구리(Cu)를 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 덮개 부재(40)가 접지 역할을 함으로써, 별도로 접지를 위한 공정 및 구성을 필요로 하지 않는다.
상기 케이스(10)의 내부에 형성되는 압전 소자 제2 연결 전극(11a, 11b)와 온도 측정 소자 연결 전극(12a, 12b)는 도전성 비아(H)를 이용하여, 하면의 단자(13, 14)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3의 (a)는 종래 기술의 작동 시간에 따른 압전 소자와 온도 측정 소자의 온도를 도시한 그래프이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 작동 시간에 따른 압전 소자와 온도 측정 소자의 온도 차이를 도시한 그래프이다.
종래의 경우, 온도 측정 소자와 압전 소자의 사이에 넓은 간격이 형성될 수 밖에 없기 때문에, 온도 측정 소자와 압전 소자의 온도에 차이가 발생할 수 밖에 없었다.
도 3(a)를 참조하면, 작동 시간이 길어질수록 온도 측정 소자와 압전 소자의 온도 차이가 점차 벌어지게 되는 것을 알 수 있다.
하지만 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지(100)의 경우에는 박막의 상기 온도 측정 소자(20)를 사용함으로써, 상기 온도 측정 소자(20)와 상기 압전 소자(30) 사이의 간격이 상대적으로 매우 좁게 형성된다.
따라서 압전 소자(30)와 온도 측정 소자(20)의 온도 차이를 최소화할 수 있으며, 그에 따라 압전 소자(30)와 주파수 간의 온도 편차를 줄임으로써 보다 안정적이고 정확한 특성을 갖는 압전 소자 패키지(100)를 제공할 수 있다.
케이스(10) 외부에 온도 측정 소자가 탑재되면, 압전 소자의 정확한 온도를 측정할 수 없기 때문에 온도-주파수 변화에 따른 정확한 온도 편차를 보상하기 어렵다.
그러나, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 온도 측정 소자(20)가 압전 소자(30)에 밀착하여 압전 소자(30)의 온도를 측정함으로 압전 소자(30)의 정확한 온도를 측정할 수 있고, 그에 따라 온도-주파수 변화에 따른 정확한 온도 편차를 보상할 수 있게 된다. 따라서 압전 소자 패키지(100)의 주파수 정밀도를 확보할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지의 회로도이다.
온도 측정 소자(20)는 전원(Vcc)에 연결되어 온도에 따라 적절한 저항 값을 가질 수 있다.
결국 온도 측정 소자(20)의 저항값을 측정하여 상기 케이스(10)의 내부의 온도를 측정할 수 있다.
측정된 온도를 온도 보상 회로를 포함하는 집적회로(IC)에 입력하고, 상기 집적회로(IC)는 주파수 공급원인 압전 소자(30)로부터 주파수를 수신하여 수신된 주파수의 온도에 따라 수신된 주파수 변화 특성을 보상하여 온도 편차로 인한 주파수 매칭 문제를 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 케이스(10)의 상부 평면도이며, 도 6은 하부 평면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 케이스(10)의 내부에 압전 소자 제2 연결 전극(11a, 11b)과 온도 측정 소자 연결 전극(12a, 12b)가 형성될 수 있다.
상기 압전 소자 제2 연결 전극(11a, 11b)은 온도 측정 소자(20)에 형성된 압전 소자 제2 연결 전극(12a, 12b)과 전기적으로 연결됨으로써, 각각 제1 여진 전극(31a), 제2 여진 전극(31b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 온도 측정 소자 연결 전극(12a, 12b)은 상기 온도 측정 소자(20)에 형성된 온도 측정 입출력 전극(22a, 22b)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 케이스(10)의 하부의 모서리에 복수의 단자(13, 14)가 형성될 수 있다.
상기 복수의 단자는 온도 측정 입력 단자, 온도 측정 출력 단자, 압전 소자 입력 단자, 압전 소자 출력 단자가 배치된 형태일 수 있다.
각 단자(13, 14)는 도전성 비아(H)를 통하여 상기 케이스(10)의 내부에 형성된 압전 소자 제2 연결 전극(11a, 11b) 및 온도 측정 소자 연결 전극(12a, 12b)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 케이스(10)의 하부에는 접지 단자(미도시)를 추가로 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 압전 소자 패키지(100)의 제조 방법은 케이스(10) 내부에 박막의 온도 측정 소자(20)를 탑재하는 단계; 상기 케이스(10)의 내부에 압전 소자(30)를 탑재하는 단계; 및 상기 케이스(10)의 상부에 덮개 부재(40)를 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.
케이스(10)의 내부에 압전 소자 제2 연결 전극(11a, 11b)과 온도 측정 소자 입출력 전극(22a, 22b)이 형성된 온도 측정 소자(20)를 탑재하고, 제1 여진 전극(31a)과 제2 여진 전극(31b)이 형성된 압전 소자(30)를 탑재할 수 있다.
상기 케이스(10), 상기 온도 측정 소자(20) 및 상기 압전 소자(30)는 각각 상하로 대응되는 전극이 형성되어 있으므로, 상기 케이스(10)의 내부에 상기 온도 측정 소자(20)와 상기 압전 소자(30)를 순서대로 적층하는 것으로 패키지를 완성할 수 있다.
즉, 별도로 상기 온도 측정 소자(20)를 위치시키는 공정을 필요로 하지 않으며, 케이스 내부에 상기 온도 측정 소자(20)가 위치할 캐비티(cavity)를 형성하는 공정도 필요로 하지 않는다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
예를 들어, 상기 압전 소자와 상기 온도 측정 소자의 적층 순서는 본 발명의 일 실시 형태와 달리, 상기 케이스 내부에 아래로부터 상기 압전 소자, 상기 온도 측정 소자의 순서로 적층 되어 형성될 수 있다.
10: 케이스
11a, 11b: 압전 소자 제2 연결 전극
12a, 12b: 온도 측정 소자 연결 전극
13, 14: 단자
20: 온도 측정 소자
21a, 21b: 압전 소자 제1 연결 전극
22a, 22b: 온도 측정 소자 입출력 전극
30: 압전 소자
31a: 제1 여진 전극 31b: 제2 여진 전극
32a, b: 더미 전극
40: 덮개 부재
C: 연결부 H: 도전성 비아
T: 관통부
100: 압전 소자 패키지

Claims (9)

  1. 하부에 복수의 단자가 형성된 케이스;
    상기 케이스의 내부에 형성되는 압전 소자;
    상기 케이스의 내부에, 상기 압전 소자의 상부면 또는 하부면에 적층하여 배치된 박막의 온도 측정 소자; 및
    상기 케이스의 상부를 밀폐시키는 덮개 부재;를 포함하는 압전 소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    아래로부터 상기 온도 측정 소자, 상기 압전 소자의 순서로 적층 되어 형성되는 압전 소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압전 소자는 상부에 제1 여진 전극이 형성되고, 하부에는 제2 여진 전극이 형성되고,
    상기 제1 및 2 여진 전극은 각각 상기 압전 소자의 하부의 모서리 부분에 연장 형성되는 압전 소자 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압전 소자의 제1 및 제2 여진 전극이 형성된 모서리와 대응하도록, 상기 온도 측정 소자의 모서리 중 일부에 압전 소자 제1 연결 전극이 형성되는 압전 소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압전 소자의 하부의 모서리 중 일부에 더미 전극 형성되는 압전 소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단자는 상기 케이스의 하면의 모서리에 각각 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 온도 측정 입력 단자, 온도 측정 출력 단자, 압전 소자 입력 단자, 압전 소자 출력 단자가 배치되는 압전 소자 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 덮개 부재는 금속으로 형성되는 압전 소자 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단자 중 하나와 상기 덮개 부재가 전기적으로 연결되는 압전 소자 패키지.
  9. 케이스 내부에 박막의 온도 측정 소자를 탑재하는 단계;
    상기 케이스의 내부에 압전 소자를 상기 온도 측정 소자의 상부면 또는 하부면에 적층하여 탑재하는 단계; 및
    상기 케이스의 상부에 덮개 부재를 결합하는 단계;를 포함하는 압전 소자 패키지의 제조 방법.

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